[发明专利]非水电解质溶液和包含其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非水电解质溶液及包含其的锂二次电池，所述非水电解质溶液包含双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)、碳酸亚乙烯酯基化合物和磺内酯基化合物。

背景技术

随着技术的发展和对移动设备需求的增加，对作为能量来源的二次电池的需求已显著增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和高电压的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。

锂金属氧化物被用作锂二次电池的正极(cathode)活性材料，锂金属、锂合金、结晶碳或无定形碳、或碳复合材料被用作负极(anode)活性材料。在集电器上可涂覆适当厚度和长度的所述活性材料或者活性材料本身可以膜的形式涂覆，接着所得产物用绝缘的隔膜卷绕或堆叠以制备电极组。此后，将电极组放入罐或与其相似的容器中，然后通过注入电解质溶液制备二次电池。

当正极的锂金属氧化物的锂离子重复进行着进入或离开石墨负极的嵌入(intercalation)和脱嵌(deintercalation)的过程时，进行锂二次电池的充电和放电。在这种情况下，由于锂具有高的反应性，锂与碳电极反应形成Li₂CO₃、LiO或LiOH等。因此，在负极表面上形成薄膜。所述薄膜被称作“固体电解质界面(Solid Electrolyte Interface，SEI)膜”，其中在充电的初始阶段形成的SEI膜可防止在充电和放电期间锂离子与碳负极或其他材料反应。此外，SEI膜可起到离子通道(Ion Tunnel)的作用，仅使锂离子通过。离子通道可防止电解质溶液中具有高分子量的有机溶剂共嵌入碳负极而破坏碳负极的结构，所述有机溶剂使锂离子溶剂化(solvation)并与其一起移动。

因此，为了改善锂二次电池的高温循环特性和低温输出，必须在锂二次电池的负极上形成坚固的SEI膜。当在首次充电中SEI膜一旦形成，所述SEI膜即可防止在后续使用电池而引起的重复充电和放电循环期间锂离子与负极或其他材料的反应，并可起到离子通道的作用，仅仅使锂离子在电解质溶液与负极之间通过。

通常，就不含有电解质溶液添加剂或含有具有差的特性的电解质溶液添加剂的电解质溶液而言，由于形成非均匀SEI膜而无法预期低温输出特性的改善。此外，即使在含有电解质溶液添加剂的情况下，若加入的电解质溶液添加剂未被调节至需要的量，则在高温反应期间正极表面分解或者电解质溶液发生氧化反应。因此，最终二次电池的不可逆的容量增加，输出特性下降。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种锂二次电池用非水电解质溶液及包含其的锂二次电池，所述锂二次电池可改善高温循环特性、高温储存后的输出特性和容量特性、以及低温输出特性。

技术方案

为解决上述技术问题，提供一种非水电解质溶液，其包括：i)双(氟磺酰基)酰亚胺锂(Lithium bis(fluorosulfonyl)imid，LiFSI)；ii)电解质溶液添加剂，其包含碳酸亚乙烯酯基化合物和磺内酯基化合物；以及iii)非水性有机溶剂。

另外，还提供一种锂二次电池，其包含：正极；负极以及所述非水电解质溶液。

发明效果

根据本发明的锂二次电池用非水电解质溶液，所述非水电解质溶液在锂二次电池的初始充电的期间在负极上形成坚固的SEI膜，并防止在高温循环时正极表面的分解和电解质溶液的氧化反应，从而可改善低温输出特性，并且还可改善高温循环特性、及高温储存后的输出特性和容量特性。

附图说明

图1为说明根据实验实施例1的实施例1和对比实施例1的锂二次电池的低温输出特性的测量结果的曲线图；

图2为说明根据实验实施例2的实施例1和对比实施例1和2的锂二次电池的高温(55℃)循环特性的测量结果的曲线图；

图3为说明根据实验实施例3的实施例1和对比实施例1的锂二次电池的高温储存后的输出特性的测量结果的曲线图；

图4为说明根据实验实施例4的实施例1和对比实施例1的锂二次电池的高温储存后的容量特性的测量结果的曲线图；

图5为说明根据实验实施例5的实施例1和2和对比实施例3的锂二次电池的低温输出特性的测量结果的曲线图；

图6为说明根据实验实施例6的实施例1和2和对比实施例3的锂二次电池的高温循环特性的测量结果的曲线图；

图7为说明根据实验实施例7的实施例1和2和对比实施例3的锂二次电池的高温储存后的输出特性的测量结果的曲线图；