[发明专利]用于锂二次电池的非水电解质溶液及包含其的锂二次电池

说明书

本公开内容提供了一种用于锂二次电池的非水电解质溶液，其可以形成坚固的固体电解质界面(SEI)，以及提供了通过包含该非水电解质溶液而提高了电池性能的锂二次电池。具体地，用于二次电池的非水电解质溶液包括锂盐、非水有机溶剂、第一添加剂和第二添加剂，其中用于二次电池的非水电解质溶液可以包括作为第一添加剂的低聚物，该低聚物包括衍生自式1表示的单体的重复单元和衍生自式2表示的单体的重复单元，并且可以包括选自由腈类化合物、锂盐化合物以及环状碳酸酯化合物构成的群组中的至少一种作为第二添加剂。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年1月28日提交的韩国专利申请10-2021-0012449，10-2021-0012450和10-2021-0012451，以及2022年1月27日提交的韩国专利申请10-2022-0011966的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容提供了一种用于锂二次电池的非水电解质溶液和一种包含该非水电解质溶液的锂二次电池。

背景技术

现代社会对电能的依赖逐渐增加，相应地，电能的生产也进一步增加。为了解决在此过程中出现的环境问题，可再生能源发电作为下一代发电系统备受瞩目。

对于可再生能源，由于其具有间歇性发电特性，因此大容量的储能器件对于稳定供电是必不可少的。在储能器件中，锂离子电池是目前商用化的能量密度最高的设备，因此备受关注。

锂离子电池由包含锂的过渡金属氧化物形成的正极、能够储存锂的负极、包含含有锂盐的有机溶剂的电解质溶液和隔板组成。

由于这些部件中的正极通过过渡金属的氧化还原反应储存能量，这导致过渡金属氧化物必须基本包含在正极中的事实。此外，负极包括锂、石墨和/或硅基活性材料，可以在0.2V或0.5V(vs.(Li/Li+))或更低的情况下，分别电化学氧化/还原反应来表现充电和放电容量。

由于锂、石墨和硅基活性材料的工作电压范围低于有机非水电解质溶液的电化学稳定性窗口，该有机非水电解质溶液在负极活性材料的工作电压范围内变得电化学不稳定。结果，在非水电解质溶液的还原分解先行的同时，作为非水电解质溶液的还原分解产物的钝化层，即固体电解质界面相(solid electrolyte interphase；SEI)形成在所述非水电解质溶液的表面上。

SEI是具有高锂离子电导率但低电子电导率的钝化层，其中它不仅抑制电解质溶液的额外还原分解，而且还具有能够使锂离子电池运行的特性，因为它具有允许锂离子传输但抑制电子传输的特性。

然而，由于SEI在长时间暴露于高温时被损坏而失去其钝化能力，结果，电池中的锂和电子被额外消耗，同时发生额外的电解质溶液分解，导致电池的电化学性能下降或由于电池内部温度升高而导致的热失控(thermal runaway)。

此外，由于正极活性材料在重复充电和放电期间结构崩溃，正极的性能下降。即，在正极的结构崩塌期间，已经从正极表面溶解的金属离子电沉积(electro-deposition)在负极上，从而降低了电池的性能。当正极的电位升高或当电池暴露于高温时，这种电池性能劣化现象趋于进一步增加。

为了改善这些各种问题，迫切需要开发一种用于锂二次电池的非水电解质溶液，其即使在高温环境下也可以通过在电极表面上形成坚固的膜来提高二次电池的性能和稳定性。

发明内容

技术问题

本公开内容的一个方面提供了一种用于锂二次电池的非水电解质溶液，其中通过包括含有丙烯酸酯基氰化物(-CN,cyanide)官能团的低聚物和能够改善成膜效果的化合物共同作为添加剂来提高高温安全性。