[发明专利]用于锂二次电池的非水性电解质溶液和含有其的锂二次电池

说明书

技术领域

本申请要求享有2010年1月15日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2010-0003970的优先权，该申请的全部内容通过引入纳入本文。

本发明涉及一种用于锂二次电池的非水性电解质溶液和含有其的锂二次电池。

背景技术

近来，对电化学装置的兴趣日益增加。随着电化学装置被广泛应用于便携式电话、摄录一体机、笔记本电脑及电动车辆或混合电动车辆，在用作这类电动器具的动力源的电化学装置领域中，对高能致密化的需求日益增加。锂二次电池最适宜满足该需求，因此，目前正对它们进行积极研究。

在当前可用的二次电池中，20世纪90年代早期开发的锂二次电池含有一个能够嵌入和脱出锂离子的碳材料阳极、一个含锂氧化物阴极，和一种含有溶于有机溶剂的合适量的锂盐的非水性电解质溶液。

锂二次电池通常具有约3.6V至约3.7V的平均放电电压，因此，它们有利地具有高于碱性电池、镍镉电池等的放电电压。为具有所述高工作电压，需要一种在0-4.2V的充电/放电电压范围内电化学稳定的电解质溶液组合物。为此，非水性电解质溶液使用一种环状碳酸酯化合物(例如碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯等)与线性碳酸酯化合物(例如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等)适当混合的混合溶剂作为有机溶剂。

所述有机溶剂具有低闪点和高度燃烧性能，这可影响锂二次电池的安全性。特别是，当电池暴露于高电压条件例如由充电器故障或使用者疏忽而导致过度充电时，有机溶剂与阴极或阳极接触并分解，导致伴随气体产生的热生成反应。结果，电池厚度可能增加，这可在便携式电话或笔记本电脑装配过程中产生问题，或者电池可能出现内部压力增加和热失控，导致爆炸或起火。

为解决上述问题，提出了含有多种添加剂的非水性电解质溶液。例如，已开发出包括含4-氯甲苯(4CT)的电解质溶液的电池来减少过度充电时气体的产生。但是，该示例性添加剂被指出是一种环境有害物质并且不可能商业化。因此，需要一种能替代该常规添加剂的添加剂。

美国专利No.7,223,502公开了一种含有多种含氟芳香族化合物用于抑制气体产生的非水性电解质溶液。此外，韩国专利公开文本No.2006-0029748教导了一种含多种卤代甲苯用于改善过度充电特性的非水性电解质溶液。这些专利仅提及了作为添加剂之一的二氟甲苯，但是它们未暗示或指出二氟甲苯抑制非水性电解质溶剂分解的显著效果。

同时，韩国专利No.0760763公开了一种含卤代联苯和脱卤甲苯用于确保电池过度充电安全性的非水性电解质溶液。但是，该文献未暗示或指出二氟甲苯抑制非水性电解质溶剂分解的显著效果。如该技术，当卤代联苯和二氟甲苯同时添加至非水性电解质溶液中时，具有更低氧化电位的卤代联苯首先覆盖阴极形成薄膜，这阻碍了二氟甲苯在阴极的氧化。相应地，阻碍了二氟甲苯在阳极形成薄膜，结果，显著降低了二氟甲苯用于防止过度充电时有机溶剂分解的作用。

发明内容

技术问题

为解决上述问题而作出了本发明，因此，本发明的一个目的是提供一种用于锂二次电池的非水性电解质溶液，其可提高电池的基本性能，包括高速率充电/放电特性、循环寿命特性等，并可通过抑制电解质溶液在高电压条件下例如过度充电时分解来防止电池膨胀；和提供一种含有所述非水性电解质溶液的锂二次电池。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种包含锂盐和有机溶剂的锂二次电池用非水性电解质溶液。本发明的非水性电解质溶液可还包含由以下化学式1表示的二氟甲苯，该二氟甲苯在所述非水性电解质溶液的各组分中具有最低的氧化电位。

<化学式1>

其中氟的位置可为选自2，3-、2，4-、2，5-、2，6-、3，4-和3，5-中的至少一种。特别地，当氟的位置为2，5-、3，4-和3，5-中的任意一个时，可显著减少电池在高电压条件下例如过度充电时的膨胀。

在本发明的非水性电解质溶液中，基于该非水性电解质溶液的总重量计，二氟甲苯的含量优选为0.1-20重量％、更优选1-15重量％。

在本发明的非水性电解质溶液中，有机溶剂优选为基于碳酸酯的有机溶剂，特别是，环状碳酸酯和线性碳酸酯的混合物。所述环状碳酸酯可为碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯、氟代碳酸亚乙酯或碳酸丁烯酯，可单独使用或结合使用。所述线性碳酸酯可为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯或碳酸二丙酯，可单独使用或结合使用。

此外，本发明的非水性电解质溶液优选还包含碳酸亚乙烯酯或基于磺内酯的化合物，可单独使用或结合使用。