用于锂二次电池的电解质和包括该电解质的锂二次电池制造技术

本发明专利技术用于锂二次电池的电解质通过同时包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和第二锂盐作为锂盐，且同时包括第二添加剂以及新的硼酸锂类化合物作为添加剂而可以改善锂二次电池的高倍率充电和放电特性以及高温存储和寿命特性，并且可以实现增加可逆容量的效果。

Electrolytes for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries including the electrolytes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的电解质和包括该电解质的锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求于2017年3月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2017-0034039号的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。
本专利技术涉及可以改善电池性能的用于锂二次电池的电解质，以及包括该电解质的锂二次电池。
技术介绍
随着电子装置的小型化和轻量化的实现以及便携式电子装置的普遍使用，已积极地进行了作为这些装置的电源的具有高能量密度的二次电池的研究。二次电池包括镍-镉电池、镍-金属氢化物电池、镍-氢电池、和锂二次电池，并且，在这些二次电池中，已出现了对于锂二次电池的研究，所述锂二次电池不仅表现出比使用碱性水溶液的典型电池高出两倍以上的放电电压，还具有每单位重量的高能量密度且可快速充电。锂金属氧化物用作锂二次电池的正极活性材料，锂金属、锂合金、结晶碳或无定形碳、或者碳复合物用作负极活性材料。用合适厚度和长度的活性材料涂布集电器，或者以膜的形式涂布活性材料本身，然后将所得的产品与绝缘性隔板进行卷绕或堆叠以制备电极。在此之后，将电极放进罐或类似的容器中，然后通过注入电解质来制备二次电池。在反复进行将来自锂金属氧化物正极的锂离子嵌入(intercalating)石墨负极中和从石墨负极中脱嵌(deintercalating)的过程的同时，进行锂二次电池的充电和放电。在这种情况下，由于锂具有高度的反应性，因而锂与碳电极反应以形成Li2CO3、LiO、或LiOH，并因此可在负极表面上形成膜。该膜被称作为“固体电解质界面(SolidElectrolyteInterface，SEI)”，其中在充电初始阶段形成的SEI可防止在充电和放电期间锂离子与碳负极或其他材料之间的反应。此外，SEI通过充当离子通道(IonTunnel)而仅传递锂离子。所述离子通道可防止碳负极与电解质的有机溶剂共嵌入所致的碳负极的结构崩毁，所述有机溶剂具有高分子量且溶剂化(solvation)锂离子并随之迁移。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牢固的SEI。一旦在初始充电期间形成SEI，SEI在随后使用电池所致的反复充电和放电期间可防止锂离子与负极或其他材料之间的反应，并且可充当在电解质和负极之间仅传递锂离子的离子通道(IonTunnel)。传统上，对于不包括电解质添加剂或者包括具有不良特性的电解质添加剂的电解质，因非均匀SEI的形成而难以预期改善低温输出特性。此外，即使在包括电解质添加剂的情况下，当添加的电解质添加剂的量可能未被调整至所需量时，由于因电解质添加剂的缘故在高温反应期间正极的表面被分解或者电解质导致氧化反应，所以最终二次电池的不可逆容量可能增加并且输出特性可能降低。因此，需要开发一种可用作电解质添加剂的化合物，通过在负极上形成牢固的SEI，所述电解质添加剂用于改善电池的诸如高倍率充电和放电特性、高温性能特性和寿命特性之类的整体性能。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供一种用于锂二次电池的电解质，其包括用于改善高倍率充电和放电特性、抑制高温存储期间产生的气体量、和改善寿命特性的新的电解质添加剂；和提供一种电解质，其通过包括当一起使用时能够对于性能改善具有协同效应的锂盐而可改善锂二次电池的上述性能。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种用于锂二次电池的电解质，所述电解质包括：锂盐，包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和第二锂盐；电解质添加剂组合物，包括由式1表示的硼酸锂类化合物和第二添加剂；和非水有机溶剂；其中所述第二添加剂包括选自由锂化添加剂和非锂化添加剂组成的群组中的至少一种，且所述电解质添加剂组合物不含非锂化磷酸酯类化合物。[式1]在式1中，Y1至Y4各自独立地是氧(O)或硫(S)。有益效果由于新的电解质添加剂和与之混合的添加剂的协同效应，本专利技术的电解质添加剂组合物可以改善锂二次电池的高倍率充电和放电特性，可以抑制高温存储期间产生的气体量，并且可以改善寿命特性。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。要理解的是，在说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应解读为在通常使用的词典中所定义的含义，而且还要理解的是，在说明书和权利要求中使用的词语或术语应当基于专利技术人为了最佳解释专利技术可适当定义词语或术语含义的原则而解读为具有与在相关技术的语境和本专利技术的技术理念中它们的含义相一致的含义。因此，由于说明书描述的实施例中所图解的配置仅为本专利技术最示例性的实施方式，且不代表本专利技术的全部技术理念，因此应当理解的是，可存在能够在应用时替换它们的各种等效体和改进。用于锂二次电池的电解质根据本说明书，提供一种包括新的电解质添加剂的用于锂二次电池的电解质，所述电解质包括：锂盐，包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和第二锂盐；电解质添加剂组合物，包括由式1表示的硼酸锂类化合物和第二添加剂；和非水有机溶剂；其中所述第二添加剂包括选自由锂化添加剂和非锂化添加剂组成的群组中的至少一种，且所述电解质添加剂组合物不含非锂化磷酸酯类化合物。[式1]在式1中，Y1至Y4各自独立地是氧(O)或硫(S)。1)硼酸锂类化合物(电解质添加剂)根据本说明书，在用于锂二次电池的电解质中包括由以下式1表示的硼酸锂类化合物作为添加剂。[式1]在式1中，Y1至Y4各自独立地是O或S。优选地，Y1至Y4可同样地为O。电解质中可包括硼酸锂类化合物作为添加剂，其中，所述硼酸锂类化合物在正极和负极上形成均匀且薄的膜，并且特别地，所述硼酸锂类化合物可通过主要形成正极固体电解质界面(SEI)以减少其他材料的正极反应、并因此形成均匀且薄的膜来改善电池的耐久性。另外，所述硼酸锂类化合物在电池的运行期间可在负极表面上形成牢固的SEI，并且由于如上所述牢固形成的界面而可改善电池的高倍率充电和放电特性。作为具体实例，如上所述的硼酸锂类化合物可包括由以下式1a表示的化合物。[式1a]可根据通常添加至电解质的电解质添加剂的量而合适地使用硼酸锂类化合物，并且例如，硼酸锂类化合物可以以基于100重量份的电解质的总重量的约0.01重量份至约2重量份、优选0.01重量份至0.5重量份或者0.1重量份至2重量份、且更优选0.5重量份至1重量份的量进行使用。在以以上范围内的量使用硼酸锂类化合物的情况下，可如上所述在负极上稳定形成牢固的SEI，并且可获得所产生的效果。2)锂盐根据本说明书，锂盐包括酰亚胺类锂盐和第二锂盐。由于将酰亚胺类锂盐作为锂盐添加到电解质中以在负极上形成坚固且薄的SEI，因此酰亚胺类锂盐不仅可以改善低温输出特性，而且可以抑制在高温循环期间可能发生的正极表面的分解，并且可以防止电解质溶液的氧化反应。此外，由于在负极上形成的SEI很薄，所以促进了负极中锂离子的移动，并且因此，可以改善二次电池的输出。酰亚胺类锂盐可包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，并且氟(F)可以被氯(Cl)取代，但酰亚胺类锂盐可以优选为双氟磺酰亚胺锂。酰亚胺类锂盐在电解质中的浓度可以为0.01摩尔/升至2摩尔/升，例如0.01摩尔/升至1摩尔/升。在酰亚胺类锂盐的浓度小于0.1摩尔/升的情况下，改善锂二次电池的低温输出特性和高温循环特性的效果是微不足道的，并且在酰亚胺类锂盐的浓度大于2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的电解质，所述电解质包括：锂盐，包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和第二锂盐；电解质添加剂组合物，包括由式1表示的硼酸锂类化合物和第二添加剂；和非水有机溶剂，其中所述第二添加剂包括选自由锂化添加剂和非锂化添加剂组成的群组中的至少一种，且所述电解质添加剂组合物不含非锂化磷酸酯类化合物：[式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.17 KR 10-2017-00340391.一种用于锂二次电池的电解质，所述电解质包括：锂盐，包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和第二锂盐；电解质添加剂组合物，包括由式1表示的硼酸锂类化合物和第二添加剂；和非水有机溶剂，其中所述第二添加剂包括选自由锂化添加剂和非锂化添加剂组成的群组中的至少一种，且所述电解质添加剂组合物不含非锂化磷酸酯类化合物：[式1]其中，在式1中，Y1至Y4各自独立地是氧(O)或硫(S)。2.如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中所述硼酸锂类化合物包括由式1a表示的化合物：[式1a]3.如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中所述第二锂盐包括选自由LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiBF6、LiSbF6、LiN(C2F5SO2)2、LiAlO4、LiAlCl4、LiSO3CF3和LiClO4组成的群组中的至少一种。4.如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中所述双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)与所述第二锂盐的摩尔比在1：0.01至1：9的范围内。5.如权利要求1所述的用...

【专利技术属性】
技术研发人员：林永敏，李哲行，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