[发明专利]锂二次电池用非水性电解液和包含它的锂二次电池

说明书

本发明涉及锂二次电池用非水性电解液和锂二次电池，所述非水性电解液包含具有优异的除去可能由电解液中的锂盐产生的分解产物的效果的化合物作为添加剂，所述锂二次电池通过包含所述锂二次电池用非水性电解液而减轻了自放电，从而改善了高温存储性能。

对相关申请的交叉引用

本申请要求在韩国知识产权局于2018年4月11日提交的韩国专利申请2018-0042227号和2019年4月8日提交的韩国专利申请2019-0040618号的权益，将其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及锂二次电池用非水性电解液和锂二次电池，所述非水性电解液包含具有优异的除去由锂盐产生的分解产物的效果的非水性电解液添加剂，所述锂二次电池因包含所述非水性电解液而改善了高温存储特性。

背景技术

随着信息社会的发展，个人IT设备和计算机网络得到发展，以及随之而来的社会整体对电能的依赖性增加，需要开发高效地存储和利用电能的技术。

在为此目的而开发的技术中，基于二次电池的技术是最适合各种应用的技术。由于二次电池可以被小型化而可用于个人IT设备，并且可以应用于电动车辆和电力存储设备，因此人们对二次电池产生了兴趣。在这些二次电池技术中，作为具有理论上最高能量密度的电池系统的锂离子电池备受关注，并且目前用于各种设备。

作为直接将锂金属应用于电极的替代方案，锂离子电池由含锂过渡金属氧化物形成的正极、能够存储锂的碳类材料(例如石墨)形成的负极、成为传输锂离子的介质的电解液和隔膜构成。

其中，已经对电解液进行了大量研究，同时已知电解液是极大地影响电池的稳定性和安全性的组分。

用于锂离子电池的电解液由锂盐、溶解锂盐的有机溶剂和功能性添加剂组成，其中，这些成分的适当选择对于提高电池的电化学性能很重要。作为当前使用的代表性锂盐，使用了LiPF₆、LiBF₄、LiFSI(双(氟磺酰)亚胺锂，LiN(SO₂F)₂)、LiTFSI(双(三氟甲磺酰)亚胺锂，LiN(SO₂CF₃)₂)或LiBOB(双(草酸)硼酸锂，LiB(C₂O₄)₂))，并且对于有机溶剂，使用了酯类有机溶剂或醚类有机溶剂。

锂离子电池的缺点在于，由于在高温下的充电和放电或存储期间出现电阻增加和容量降低，因此导致了性能下降。在这种情况下，已提出这种问题的原因之一是高温下电解液的劣化、特别是锂盐分解造成的劣化所引起的副反应。在盐的副产物被活化然后使在正极和负极的表面上形成的膜分解时，存在该膜的钝化能力降低的问题，结果，这可能引起电解液的额外分解以及随之而来的自放电。

特别是，对于锂离子电池的电极材料中的负极，主要使用石墨类负极，其中，对于石墨而言，其工作电势为0.3V以下(相对于Li/Li⁺)，这低于锂离子电池中使用的电解液的电化学稳定窗口。因此，当前使用的电解液先被还原并分解。还原和分解的产物会传输锂离子，但会形成抑制电解液的额外分解的固体电解质界面(SEI)。

然而，在SEI的钝化能力不足以达到其可以抑制电解液的额外分解的程度时，由于在储存期间电解液额外分解，所以带电的石墨自放电，结果，存在电池的电势降低的缺点。

例如，LiPF₆(广泛用于锂离子电池中的锂盐)的热解产生的酸，例如HF和PF₅，会使电极的膜或表面劣化。结果，如果电极表面劣化，在正极处会发生过渡金属的溶出，从而增加电阻，并且容量可能因氧化还原中心的丧失而降低。而且，因为如此溶出的金属离子会电沉积在负极上，金属的电沉积和电解质的额外分解导致电子消耗，这会使不可逆容量增加，于是，不仅电池容量可能降低，而且电阻也可能增加，并且石墨负极可能会自放电。