[发明专利]用于锂二次电池的非水电解液和含有其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非水电解液，其具有高的热稳定性和化学稳定性，从而提高电池在室温和高温下的稳定性并在高温下维持良好的充电/放电性能，以及涉及含有该非水电解液的锂二次电池。

本申请要求于2013年10月25日向韩国提交的第10-2013-0127901号韩国专利申请的优先权，所述申请以引用的方式纳入本文中。

另外，本申请还要求于2014年10月27日向韩国提交的第10-2014-0146045号韩国专利申请的优先权，所述申请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，因而对用作所述电子设备的电源的电池的高能量密度的需求日益增长。因此，对最能满足上述需要的锂二次电池的研究和开发正在积极进行。

通常，锂二次电池含有碳材料或锂金属合金制成的负极(anode)、锂金属氧化物制成的正极(cathode)、以及将锂盐溶于有机溶剂中而形成的电解液。所述锂金属氧化物受锂离子的嵌入和脱嵌影响而决定其结构稳定性和电容量。当充电电势升高时，电容量增加但锂金属氧化物的结构变得不稳定。这种电极结构的不稳定性导致产生氧而引起电池过热，并且由于氧与电解液反应而引起电池爆炸。

可提及的常规用于锂二次电池电解液的有机溶剂有碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、二甲氧基乙烷、γ-丁内酯(GBL)、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或乙腈。然而，这些有机溶剂一般在高温下与电极发生副反应而引起电池膨胀，所以使用这些溶剂的锂二次电池存在稳定性问题，特别是在高温下的稳定性问题。

为解决此问题，已提出将含有咪唑鎓阳离子和铵阳离子的离子液体作为锂二次电池的电解质。然而，所述离子液体在高于锂离子的电压下会被还原、或者所述咪唑鎓阳离子和铵阳离子会与锂离子一起嵌入负极中，从而使电池性能变差。

同时，锂二次电池中使用的电解液在首次充电过程中与构成负极的碳发生反应而在负极的表面形成一种固态电解质界面(SEI)层。所形成的SEI层被用作防止有机溶剂插入负极结构并仅允许锂离子选择性通过的离子通道，从而防止负极结构受损并极大地影响电池的稳定性。

已知这种SEI层的性质和稳定性取决于用作电解液的溶剂或添加剂。因此，需要开发能够形成具有高稳定性和良好性能的SEI层的电解液组合物。

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个目的是提供具有高的热稳定性和化学稳定性的非水电解液，以及提供含有所述非水电解液的锂二次电池。

另外，本发明的另一个目的是提供能够形成更稳定的SEI层的非水电解液，以及提供含有所述非水电解液的锂二次电池。

技术方案

为实现上述目的，本发明的非水电解液包含：化学式(I)的酰胺化合物；可离子化的锂盐；环状硫酸酯；和有机溶剂：

在上述化学式(I)中，R、R₁和R₂各自独立地是选自以下的任一种：氢、卤素、C_1-20烷基、烷基胺、烷氧基、烷氧基烷基、烯基和芳基基团，并且R₁和R₂中的至少一个由CH₃-(CH₂)p-O-(CH₂)q-表示，其中p是0至8的整数，q是1至8的整数。

X是选自以下的任一种：碳、硅、氧、氮、磷、硫和氢，其中i)当X是氢时，m是0，ii)当X是氧或硫时，m是1，iii)当X是氮或磷时，m是2，以及iv)当X是碳或硅时，m是3。

在本发明中，所述酰胺化合物可以是选自以下的任一种及其混合物：N-甲氧基乙基氨基甲酸甲酯、N-甲氧基乙基-N-甲基氨基甲酸甲酯、N-甲氧基甲基-N-甲基氨基甲酸甲酯、N-甲基-N-甲氧基乙基甲氧基氨基甲酸乙酯、N-甲基-N-甲氧基乙基甲氧基氨基甲酸甲酯。

在本发明中，所述环状硫酸酯可由化学式(II)表示：

在上述化学式(II)中，n是1至10的整数，优选为1至8的整数，更优选为2至6的整数。

在本发明的非水电解液中，所述环状硫酸酯可以是选自以下的任一种及其混合物：1,3-丙二醇环状硫酸酯、1,3-丁二醇环状硫酸酯、1,3-戊二醇环状硫酸酯、1,3-己二醇环状硫酸酯。