非水电解质添加剂、包括该非水电解质添加剂的非水电解质和包括该非水电解质的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及：一种非水电解质添加剂，其包括至少一个氰基和/或至少一种氟元素作为取代基；一种用于锂二次电池的非水电解质，其包括所述非水电解质添加剂；和一种包括所述非水电解质的锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质添加剂、包括该非水电解质添加剂的非水电解质和包括该非水电解质的锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年10月29日提交的韩国专利申请第10-2015-0150733号和于2016年10月25日提交的韩国专利申请第10-2016-0139012号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。
本专利技术涉及一种非水电解质添加剂、一种包括该非水电解质添加剂的非水电解质、和一种包括该非水电解质的锂二次电池，具体地说，本专利技术涉及一种能够确保高压下的稳定性同时具有改善的性能的非水电解质添加剂、一种包括该非水电解质添加剂的非水电解质、和一种包括该非水电解质的锂二次电池。
技术介绍
近来，随着对储能技术的兴趣日益增加，且该技术已广泛应用于诸如手机、摄像机、笔记本电脑和电动汽车之类的各个领域，正努力实现对电化学装置的研究和开发。在这方面，电化学装置受到最多关注，在这些电化学装置中，对能够充放电的二次电池的兴趣日益增加。具体地说，在目前使用的二次电池中，在20世纪90年代初期开发的锂二次电池因其高工作电压和优异的能量密度而受到最多关注。锂二次电池由能够吸收和释放锂离子的碳材料制成的负极、由锂过渡金属氧化物制成的正极和非水电解质组成。根据所使用的电解质的类型，锂二次电池可被划分为使用液体电解质的锂离子液体电池(LiLB)、使用凝胶型聚合物电解质的锂离子聚合物电池(LiPB)、使用固体聚合物电解质的锂聚合物电池(LPB)和类似者。近来，随着锂二次电池已被广泛应用于各个领域，对于即使在高压下也能够安全地充电同时即使在诸如高温或低温、高压充电或类似的恶劣环境中也能够保持优异的循环寿命特性的锂二次电池的需求日益增长。此外，随着二次电池的充放电的进行，正极活性材料的结构被破坏，因而正极的性能劣化。此外，当正极的结构被破坏时，从正极表面析出的金属离子电沉积在负极上，从而导致负极劣化。当正极的电位增加或电池暴露于高温时，电池性能的这种劣化往往会进一步加速。为了解决上述问题，已经提出了将通过在正极上形成膜以保护正极的材料添加到电解质中的方法。现有技术文件韩国专利申请公开文本第2014-0067242号韩国登记专利第1249350号。
技术实现思路
技术问题设计本专利技术来解决现有技术的问题，本专利技术的一个方面是提供一种对从正极析出的金属离子具有优异的吸附效果的非水电解质添加剂。此外，本专利技术的另一方面是提供一种用于锂二次电池的非水电解质，其包括所述非水电解质添加剂，从而可提高电解质在过充电时的稳定性。另外，本专利技术的另一方面是提供一种包括所述非水电解质的锂二次电池，从而可以改善即使在高压下充电时的循环特性和高温储存性能。技术方案为了实现上述目的，根据本专利技术的一个实施方式，提供一种包括由下式1表示的化合物的非水电解质添加剂：[式1]在式1中，R为由至少一种氟元素取代或未取代的C1至C3烷基，并且A为由至少一种氟元素和/或至少一个氰基(-CN)取代的C1至C4烷基。此外，根据本专利技术的另一实施方式，提供一种用于锂二次电池的非水电解质，所述非水电解质包括可电离的锂盐；有机溶剂；和根据本专利技术的非水电解质添加剂。此外，根据本专利技术的另一实施方式，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包括负极、正极、插置在负极和正极之间的隔膜、和根据本专利技术的非水电解质。有益效果本专利技术提供一种能够通过在正极表面上形成更稳定的离子导电(ionicconductive)膜而抑制电解质的分解的非水电解质添加剂，从而制造出能够在过充电时抑制分解或抑制金属离子的析出和迁移的用于锂二次电池的电解质以及在高压下具有改善的寿命特性和高温稳定性的锂二次电池。附图说明图1是示出了根据本专利技术的实验例1的锂二次电池的寿命特性的图。图2是示出了根据本专利技术的实验例3的AC阻抗的测定结果的图。最佳实施方式下文中，将详细地描述本专利技术。在该说明书和权利要求书中所使用的术语或词语不应解释为受限于通常使用的意义或字典中的意义，而是应基于专利技术人为了以最佳方式描述本专利技术而适当地定义术语的概念的原则以与本专利技术的技术范围相一致的意义和概念来解释。一般来说，当二次电池被过充电时，从正极释放出过量的锂离子，因而正极活性材料的结构变得不稳定。此外，氧从这种具有不稳定结构的正极活性材料释放出来，导致电解质的分解。具体地说，在高温下金属离子从正极的析出增加，且当金属离子沉淀在负极上时，电池性能下降。因此，本专利技术提供一种能够与从正极析出的金属离子结合以形成复合物的非水电解质添加剂。此外，本专利技术提供一种用于锂二次电池的非水电解质，其包括所述非水电解质添加剂，从而可提高电解质在过充电时的稳定性。另外，本专利技术提供一种包括所述非水电解质的锂二次电池，从而可以改善即使在高压下充电时的循环特性和高温储存性能。具体地说，根据本专利技术的一个实施方式，提供一种包括由下式1表示的化合物在内的非水电解质添加剂，所述化合物包括至少一个氰基和/或至少一种氟元素作为取代基：[式1]在式1中，R为由至少一种氟元素取代或未取代的C1至C3烷基，并且A为由至少一种氟元素和/或至少一个氰基(-CN)取代的C1至C4烷基。由式1表示的化合物的具体实例包括选自由下式1a至1i表示的化合物构成的组中的至少一种化合物。[式1a][式1b][式1c][式1d][式1e][式1f][式1g][式1h][式1i]此外，根据本专利技术的另一实施方式，提供一种用于锂二次电池的非水电解质，所述非水电解质包括可电离的锂盐；有机溶剂；和非水电解质添加剂，其中所述非水电解质添加剂包括由式1表示的化合物。在这种情况下，基于非水电解质的总重量，可包括非水电解质添加剂的量为约0.5wt％至5wt％，具体为1wt％至5wt％。当添加剂的含量小于0.5wt％时，以下将描述的稳定固体电解质界面(SEI)膜的效果可能会不显著，当添加剂的含量大于5wt％时，由于包括在添加剂中的由式1表示的化合物的末端被至少一种氟元素或氰基取代，导致电阻可能会增加。在电化学装置中的锂二次电池中，在电池的正极处，具体为存在表面键合的位置或活化位置，藉由电解质的电化学氧化分解形成一种钝化膜，这种钝化膜对于锂离子共嵌入(co-intercalation)正极活性材料中来说增加阻抗。此外，当重复进行充放电时，由电解质引起的化学溶解或正极活性材料的结构破坏导致Co、Mn和Ni离子析出。这些反应导致正极自身的性能下降，同时析出的金属离子电沉积(electrodeposition)在负极的表面上。电沉积在负极上的金属通常与电解质具有高反应性。因此，随着充放电的进行，由于可逆的锂离子的量减少导致不可逆反应增加，这导致电池的容量和寿命特性劣化。因此，本专利技术提供一种包含易于与金属离子Co、Mn、Ni和类似离子结合以形成复合物的氰基(-CN)在内的化合物作为电解质添加剂。也就是说，由于根据本专利技术的包括由式1表示的化合物在内的非水电解质添加剂包括易于吸附析出的金属离子的极性氰基，因此所述添加剂可与在电池的充放电期间由电解质引起的化学溶解或正极活性材料的结构破坏导致的从正极析出的金属离子结合以形成复合物，从而可在正极表面上形成稳定的离子导电膜。此外，由于根据本专利技术的包括由式1表示的化合物在内的非水电解质添加剂包括至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括由下式1表示的化合物的非水电解质添加剂：[式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.29 KR 10-2015-0150733;2016.10.25 KR 10-2011.一种包括由下式1表示的化合物的非水电解质添加剂：[式1]在式1中，R为由至少一种氟元素取代或未取代的C1至C3烷基，并且A为由至少一种氟元素和/或至少一个氰基(-CN)取代的C1至C4烷基。2.根据权利要求1所述的非水电解质添加剂，其中所述非水电解质添加剂包括选自由下式1a至1i表示的化合物构成的组中的至少一种化合物：[式1a][式1b][式1c][式1d][式1e][式1f][式1g][式1h][式1i]3.一种用于锂二次电池的非水电解质，所述非水电解质包括可电离的锂盐；有机溶剂；和非水电解质添加剂，其中所述非水电解质添加剂包括由下式1表示的化合物：[式1]在式1中，R为由至少一种氟元素取代或未取代的C1至C3烷基，并且A为由至少一种氟元素和/或至少一个氰基(-CN)取代的C1至C4烷基。4.根据权利要求3所述的非水电解质，其中包括所述非水电解质添加剂的量为0.5wt％至5wt％，基于所述非水电解质的总重量。5.根据权利要求4所述的非水电解质，其中包括所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞成勳，姜有宣，李敬美，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR