[发明专利]非水电解质及包含该非水电解质的二次电池

说明书

本申请是2008年6月10日提交的名称为“非水电解质及包含该非水电解质的二次电池”的发明专利申请200880019429.8的分案申请。

技术领域

本发明涉及非水电解质及包含该非水电解质的二次电池。更具体地，本发明涉及可同时改进电池的多种特性，如寿命特性、高温性能等的非水电解质，和包含该非水电解质的二次电池。

背景技术

近来，人们对储能技术的关注不断增加。电化学设备已作为能量来源广泛用于移动电话、可携式摄像机、笔记本电脑、PC以及电动车，引起了密集的研发。在这方面电化学设备引起人们极大的兴趣。特别地，人们的兴趣已聚焦在可充电二次电池的发展上。

在目前使用的二次电池中，在20世纪90年代初开发出的锂二次电池通常具有约3.6V至约3.7V的平均放电电压，比常规电池(如Ni-MH电池、Ni-Cd电池等)驱动电压和能量密度更高，因此它们在二次电池领域更为突出。

然而，随着锂二次电池应用领域逐渐扩展，需要从高速容量、循环能力、稳定性等方面改善电池特性。例如，高速容量是指在高电流下高速充电/放电能力指标，并被认为是需要大功率的领域，如电动工具、HEV(混合电动车)等领域中的一个重要因素。然而，一个问题是使用非水电解质的锂二次电池比使用含水电解质的常规电池(如Ni-MH电池、Ni-Cd电池等)的锂离子传导率低。

同样，用于二次电池的非水电解质通常包括一种电解质溶剂和一种电解质盐。此时电解质溶剂在电池充电/放电期间可能会在电极表面上分解，或者可能通过在碳质材料阳极层间共同嵌入而损坏阳极结构，从而阻碍电池的稳定性。已知该问题可在电池初始充电期间通过电解质溶剂的还原而在阳极表面上形成的固体电解质界面(下文称作SEI)层解决，但通常SEI层不足以持续保护阳极。因此，上述问题会在电池充电/放电期间持续发生，由此引起电池寿命特性降低的问题。尤其是当在高温下驱动或放置电池时，由于其热不稳定性，SEI层会由于随时间不断增加的电化学和热能而损坏。因此，在高温时，一个问题是电池特性更加显著地降低，特别是，SEI层的损坏会不断产生气体(如CO₂)、电解质分解等，从而增加电池的内部压力和厚度。

为解决上述问题，EU 683537和JP 1996-45545公开了使用碳酸亚乙烯酯(下文称作VC)作电解质添加剂以在阳极表面上形成SEI层的方法。然而，由VC形成的SEI层不能改善电池的高速容量和高温性能，因为SEI层具有稍高的电阻，且在高温下会损坏。

如上所述，在现有技术中，当将某些化合物加入电解质以改善电池特性时，只有某些特性可得到改善而其他特性会降低或维持不变。

发明内容

因此，做出本发明是基于上述问题。本发明的一个目标是提供一种既包括一种卤代环状碳酸酯化合物又包括一种在其分子中包含乙烯基团的化合物的电解质，以最优化在阳极表面上形成的SEI层的性质，如稳定性和锂离子传导性，同时改善多种电池特性，如寿命特性、高温性能。

依照本发明的一个方面，提供了一种电解质和包括该电解质的二次电池，所述电解质包括一种电解质盐和一种电解质溶剂，和i)一种用至少一种卤素取代的环状碳酸酯化合物；和ii)一种在其分子中包含由式1表示的乙烯基团的化合物。

依照本发明的另一个方面，提供了一种电解质和包括该电解质的二次电池，电极包括在其表面部分或全部形成的固体电解质界面(SEI)层，所述SEI层包含一种用至少一种卤素取代的环状碳酸酯化合物和一种含由式1表示的乙烯基团的化合物，或由其化学反应形成的物质。

[式1]

在式1中，n代表0至6；每个R₁、R₂和R₃独立地代表氢原子、卤原子、C₁～C₆烷基、C₃～C₁₂环烷基、C₆～C₁₂芳基或C₂～C₆烯基，所述基团可被卤原子或氰基取代/非取代。

下面将详细描述本发明。

通常，在二次电池第一次充电过程中，在阳极活性材料表面上，通过电解质(例如电解质盐和/或电解质溶剂)的还原分解和可逆锂量的部分消耗来形成固体电解质界面(SEI)层。理想的SEI层不溶于电解质，是电绝缘体，可传导离子(例如Li⁺)，在连续充电/放电时稳定而不会损坏，甚至在损坏之后可迅速再生。