[发明专利]二次电池用电极和包含所述电极的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及可再充电的锂二次电池和构成所述锂二次电池的电解质。

背景技术

由于因化石燃料的耗尽而导致能源价格提高且对环境污染的关注日益增加，所以对环境友好的替代能源的需求必定在未来生活中发挥越来越重要的作用。由此，持续对各种发电技术如核能、太阳能、风能、潮汐能等进行研究，且用于更有效使用产生的能量的电力存储装置也引起了更多的关注。

具体地，随着对移动装置技术的持续开发和对其需求的日益增加，对作为能源的锂二次电池的需求急剧增加。近来，已经实现了将锂二次电池用作电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)的电源，且关于锂二次电池的市场通过智能电网技术而持续扩展至诸如辅助电力供应的应用领域。

锂二次电池具有其中电极组件浸渍有含锂盐的非水电解质的结构，所述电极组件包含：通过将正极活性材料涂布在正极集电器上而制备的正极、通过将负极活性材料涂布在负极集电器上而制备的负极以及设置在所述正极与所述负极之间的多孔隔膜。

通常通过将聚烯烃类多孔隔膜设置在包含正极活性材料如金属氧化物(如锂钴基氧化物、锂锰基氧化物、锂镍基氧化物等)的正极与包含负极活性材料如碳质材料的负极之间，并利用含锂盐如LiPF₆等的非水电解质对制得的结构进行浸渍，制造这些锂二次电池。

当对锂二次电池进行充电时，正极活性材料的锂离子脱嵌，然后嵌入负极的碳层中。当对锂二次电池进行放电时，碳层的锂离子脱嵌，然后嵌入正极活性材料中。在这点上，非水电解质充当锂离子在负极与正极之间迁移的介质。

近来，作为将常规材料用作电极活性材料的替代，已经对将尖晶石结构的锂镍基金属氧化物用作正极活性材料或将锂钛氧化物等用作负极活性材料进行了研究。

在电极与电解质之间的界面处的反应随用于锂二次电池中的电极材料和电解质的类型而变化。因此，需要开发电解质技术以能够适当适应电极组成的变化。

发明内容

技术问题

因此，为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题而完成了本发明。

作为各种广泛且细致研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，当将环状碳酸酯和直链溶剂的混合物用作非水电解质时，将环状碳酸酯的量调节在预定范围内，由此包含其的锂二次电池在高电压下稳定并具有增强的倍率特性，由此完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种锂二次电池用电解质，所述电解质包含非水溶剂和锂盐，其中所述非水溶剂包含环状碳酸酯和直链溶剂，其中基于所述非水溶剂的总重量，所述环状碳酸酯在所述非水溶剂中的量为1重量％～30重量％。

本发明还提供一种锂二次电池，其中将包含正极、负极和设置在正极与负极之间的隔膜的电极组件容纳在电池壳中，并对电池壳进行密封。所述锂二次电池可以包含用于锂二次电池的电解质。

具体地，锂二次电池可以包含锂二次电池用电解质，所述锂二次电池可以包含由下式(1)表示的锂金属氧化物作为正极活性材料、由下式(3)表示的锂金属氧化物作为负极活性材料和作为非水溶剂的环状碳酸酯和直链溶剂，其中基于所述非水溶剂的总重量，所述环状碳酸酯在所述非水溶剂中的量为1重量％～30重量％。

通常，在将石墨用作负极活性材料并将包含低粘度直链碳酸酯如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二乙酯(DEC)与环状碳酸酯的混合溶剂用作电解质溶剂的二次电池中，当电解质包含30重量％以下的环状碳酸酯时，在形成负极保护膜(例如固体电解质界面(SEI)膜)方面发生问题，由此寿命特性急剧劣化。另外，当使用直链酯代替直链碳酸酯时，相对于碳酸酯类低粘度溶剂，在负极处发生过度减少，由此需要使用大量环状碳酸酯或使用用于形成负极保护膜的添加剂如碳酸亚乙烯酯(VC)。

然而，本发明的发明人确认，当将与上述电解质相同的组合物应用于将由下式(1)表示的化合物用作正极活性材料并将由下式(3)表示的化合物用作负极活性材料的二次电池时，发生如下问题。

首先，当将式(1)的化合物用作正极活性材料时，正极相对于锂在高电压下运行，由此电解质由于碳酸亚乙烯酯(VC)的低氧化电压而分解，且正极活性材料的组分如过渡金属、氧等被洗脱，洗脱的组分沉积在负极的表面上，由此电池性能劣化。或者，会发生二次问题，例如由于电解质组分如溶剂或锂盐的分解而造成电池性能劣化。

第二，当将包含30重量％以上环状碳酸酯的电解质应用于包含下式(3)的化合物作为负极活性材料的锂二次电池以用于实现高倍率充电/放电时，寿命特性和倍率特性比使用更少量环状碳酸酯时更差。