[发明专利]锂二次电池用电解液和包含其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池用电解液和包含其的锂二次电池。更特别地，本发明涉及包含锂盐和非水溶剂的锂二次电池用电解液和包含其的锂二次电池，其中所述电解液包含烷硫基类溶剂。

背景技术

随着移动装置技术持续开发且对其的需要持续增加，对作为能源的锂二次电池的需要在快速增加。最近，已经实现了将锂二次电池用作电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)的电源。因此，正在积极进行对可以满足各种要求的二次电池的研究。特别地，对具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池存在高需求。

特别地，用于混合动力车辆的锂二次电池必须在短时间内显示大输出并且可以在每天重复充放电的严苛条件下使用10年以上。因此，必然要求比现有的小型锂二次电池显示更优异的稳定性和输出特性的锂二次电池。

在这点上，现有的锂二次电池通常使用具有层状结构的锂钴复合氧化物作为正极并使用石墨类材料作为负极。然而，LiCoO₂具有诸如能量密度和高温特性优异的优点，并同时具有诸如输出特性差的缺点。由于这种缺点，因突然发动和紧急加速时临时需要的高输出是由电池提供的，由此LiCoO₂不适合用于需要高输出的混合动力车辆(HEV)。另外，由于制备LiNiO₂的方法的特性，难以以合理的成本将LiNiO₂应用于实际的制造过程。此外，锂锰氧化物如LiMnO₂、LiMn₂O₄等显示诸如循环特性差等的缺点。

因此，正在研究使用锂过渡金属磷酸化物作为正极活性材料的方法。锂过渡金属磷酸化物大致分为具有NaSICON结构的LixM₂(PO₄)₃和具有橄榄石结构的LiMPO₄，并且在与现有的LiCoO₂相比时，被看作是具有优异稳定性的材料。

主要将碳基活性材料用作负极活性材料。碳基活性材料具有约-3V的非常低的放电电位，并由于石墨烯层的单轴取向而显示非常可逆的充放电行为，从而显示优异的电极循环寿命。

同时，通过如下制备锂二次电池：将多孔聚合物隔膜设置在负极和正极之间，并向其中插入包含锂盐如LiPF₆等的非水电解液。在充电期间，正极活性材料的锂离子放出并插入到负极的碳层中，而在放电期间，碳层的锂离子放出并插入到正极活性材料中。就这点而言，负极和正极之间的非水电解液充当其中锂离子迁移的介质。这种锂二次电池必须基本上在电池运行电压的范围内并且必须具有以足够快的速度传递离子的能力。

作为非水电解液，使用现有的碳酸酯类溶剂。然而，碳酸酯类溶剂具有诸如由于粘度增大而使得离子传导性下降的问题。

因此，迫切需要解决所述问题的技术。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决相关技术的上述问题并实现长期寻求的技术目的。

作为各种广泛且深入的研究和实验的结果，本发明的发明人确认，当使用包含预定的烷硫基类溶剂的二次电池用电解液时，可以实现期望的效果，由此完成本发明。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种包含锂盐和非水溶剂的锂二次电池用电解液，其中所述电解液包含烷硫基类溶剂。

通常，碳酸酯溶剂由于其粘度高而具有低的离子传导性。另一方面，在烷硫基类溶剂的情况下，硫被取代，由此与锂离子的结合能低。因此，当与碳酸酯类溶剂相比时，烷硫基类溶剂具有相对低的粘度和介电常数，由此可以提高锂离子的迁移和离子离解。另外，由于粘度低，即使在低温下也可以显示高的离子传导性。

作为所述烷硫基类溶剂，可以使用对锂离子的结合能为0.1eV～4.0eV的烷硫基类溶剂。作为一个实例，可以使用由选自根据下式(1)～(5)的化合物中的至少一种构成的烷硫基类溶剂。

(双甲硫基甲烷)

(1,2-双甲硫基乙烷)

(1,2-双乙硫基乙烷)

(1,5-双甲硫基戊烷)

(四氢噻吩)

所述电解液可以另外包含选自碳酸酯类溶剂和醚类溶剂的至少一种以最大化效果。

本发明中的体积比基于室温。在一个实施方式中，所述电解液的溶剂可以由烷硫基类溶剂和碳酸酯类溶剂构成，并且在这种情况下，基于电解液的总体积比，烷硫基类溶剂:碳酸酯类溶剂的混合比可以为20:80～80:20，特别地为30:70～70:30，更特别地为40:60～60:40。