[发明专利]用于锂二次电池的无水电解质和使用其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂二次电池的包含环丁砜基添加剂的无水电解质溶液、及使用该无水电解质溶液的锂二次电池。

本发明分别要求于2011年11月16日和2012年11月16日向韩国提交的第10-2011-0119583号和第10-2012-0130454号韩国专利申请的优先权，所述申请的公开内容以引用的方式纳入本文中。

背景技术

近来，对储能技术的关注日益增长。由于储能技术延伸至诸如移动电话、便携式摄像机和个人笔记本电脑等设备，并且进一步延伸至电动汽车，因而对用作所述设备的能量供应来源的电池的高能量密度的需求日益增长。因此，对最能满足需要的锂二次电池的研究和开发正在积极进行。

在目前使用的二次电池中，20世纪90年代初期开发的锂二次电池包括由能够嵌入或脱嵌锂离子的碳材料制成的阳极、由含锂氧化物等制成的阴极、和通过将合适量的锂盐溶于混合的有机溶剂中而获得的无水电解质溶液。

由于锂二次电池的用途从原来的小型电子设备扩展到大型的电子装置、车辆、智能网格系统等，因此对不仅能够在室温下，而且能够在苛刻的外界条件(例如低温或高温环境)下保持良好性能的锂二次电池的需要日益增长。

通常，现有的无水电解质溶液例如将碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)用作碳酸酯基有机溶剂，并将LiPF₆、LiBF₄等锂盐作为电解质盐而制备。

然而，碳酸酯基有机溶剂在充电和放电的过程中可能在电极表面分解，从而产生电池中的副反应，并且大分子量的有机溶剂(例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、和碳酸二乙酯(DEC)等)在初始充电过程中嵌入在碳基阳极的石墨层之间，阳极的结构可能由此降解。因此，随着充电和放电过程的重复进行，锂二次电池的性能可能变差。

已知所述问题通过还原碳酸酯基有机溶剂而在阳极表面上形成的固体电解质界面(SEI：solid electrolyte interface)膜解决，但迄今为止，已知的SEI膜作为连续保护阳极的膜是不够的。也就是说，由于阳极上的表面反应连续进行，电池的容量可能下降，且电池的寿命特性可能变差。此外，在SEI膜的形成过程中，碳酸酯基有机溶剂可能分解而产生气体，例如CO、CO₂、CH₄和C₂H_6等，这可能造成膨胀(swelling)现象而使电池劣化。由此产生的分解气体可能使袋型或罐型电池组件变形，从而导致内部短路，且情况严重时，电池会燃烧或爆炸。

为了克服所述问题，提出了用于防止电池膨胀的各种添加剂，例如碳酸亚乙烯酯、饱和磺内酯、以及不饱和磺内酯等。

但是，在将某种化合物加入电解质溶液以改善电池性能时，有些性能可能得到改善，但其他性能反而可能变差。例如，对于碳酸亚乙烯酯而言，其可先于常规有机溶剂分解，由此形成SEI膜，但是，其具有在高温环境下易于在阴极上分解而产生气体的问题。

因此，仍需要开发一种能够使所述问题最小化的无水电解质溶液。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决相关技术的问题，因此，本发明的目的在于，提供一种用于锂二次电池的无水电解质溶液，所述锂二次电池具有改进的储存特性和高温寿命周期以及良好的低温输出特性；以及包含所述无水电解质溶液的锂二次电池。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于锂二次电池的无水电解质溶液，其包含：可离子化的锂盐；有机溶剂；和环丁砜化合物，其中，所述环丁砜化合物的含量基于100总重量份的锂盐和有机溶剂计，为0.1至5重量份，所述环丁砜化合物如下化学式(1)所示：

化学式(1)

其中，

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇和R₈各自独立地为氢、卤素、乙烯基、烯丙基、苯基、C₁-C₁₀烷基或C₁-C₁₀烷氧基。