用于可再充电锂电池的电解质和可再充电锂电池制造技术

本发明专利技术公开了一种用于可再充电锂电池的电解质和包括该电解质的可再充电锂电池。所述用于可再充电锂电池的电解质包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其中该添加剂为由化学式1表示的化合物。[化学式1]

【技术实现步骤摘要】
用于可再充电锂电池的电解质和可再充电锂电池相关申请的交叉引用本申请要求于2018年4月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0045645号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本申请公开了用于可再充电锂电池的电解质和包括该电解质的可再充电锂电池。
技术介绍
可再充电锂电池可以再充电，并且每单位重量的能量密度为传统铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等的高达三倍或更多倍。它也可以以高倍率充电，因此，在商业上被制造用于膝上型电脑、手机、电动工具、电动自行车等，并且已经积极地进行了改善附加能量密度的研究。这样的可再充电锂电池通过将电解质注入电池单元来制造，该电池单元包括：包括能够嵌入/脱嵌锂离子的正极活性物质的正极；和包括能够嵌入/脱嵌锂离子的负极活性物质的负极。特别地，电解质包括其中溶解有锂盐的有机溶剂，并且该锂盐很大程度上决定可再充电锂电池的稳定性和性能。最常用作电解质的锂盐的LiPF6具有与电解质溶剂反应以促使溶剂消耗并产生大量气体的问题。当LiPF6分解时，它产生LiF和PF5，这导致电池中的电解质消耗，致使高温性能降低和安全性差。需要抑制这样的锂盐的副反应并改善电池性能的电解质。
技术实现思路
本公开的一个实施方式提供一种用于可再充电锂电池的电解质，其能够确保高温稳定性并因此改善电池性能。本公开的另一个实施方式提供一种可再充电锂电池，其包括该用于可再充电锂电池的电解质。本公开的一个实施方式提供一种用于可再充电锂电池的电解质，其包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其中该添加剂包括由化学式1表示的化合物。[化学式1]在化学式1中，A为取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C3至C30环烷基、取代或未取代的C3至C30环烯基、取代或未取代的C3至C30环炔基或取代或未取代的C6至C30芳基，L为取代或未取代的C1至C20亚烷基或Cn(R1)2n-O-Cm(R2)2m，R1和R2独立地为氢、取代或未取代的C1至C10烷基或取代或未取代的C3至C10环烷基，并且n和m独立地为1至10范围内的整数。化学式1的L可以为取代或未取代的C2至C20亚烷基或Cn(R1)2n-O-Cm(R2)2m，R1和R2独立地为氢、取代或未取代的C1至C10烷基或取代或未取代的C3至C10环烷基，并且n和m独立地为2至10范围内的整数。化学式1可以由化学式1A表示。[化学式1A]在化学式1A中，A为取代或未取代的C1至C30烷基，并且k为1至5的整数。基于用于可再充电锂电池的电解质的总量，由化学式1表示的化合物的含量可以为约0.001wt％至约5wt％。添加剂可进一步包括选自以下中的至少一种附加添加剂：碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、丙烯磺酸内酯(PST)、丙烷磺酸内酯(PS)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)和丁二腈(SN)。基于用于可再充电锂电池的电解质的总量，附加添加剂的含量可以为约0.1wt％至约5wt％。本公开另一个实施方式提供一种可再充电锂电池，包括：正极；负极；和电解质。可再充电锂电池可以实现改善的高温稳定性和循环寿命特性。附图说明图1为显示根据本公开的实施方式的可再充电锂电池的示意图。图2为显示根据比较例1的电解质的循环伏安(CV)的图。图3为显示根据实施例1的电解质的循环伏安(CV)的图。图4为显示根据实施例1和比较例1的电解质的循环伏安(CV)的图。图5为显示实施例1和比较例1的LSV评价结果的图。图6为显示根据实施例2和比较例2的可再充电锂电池单元的CID(电流中断装置)操作起始点的图。<符号说明>100：可再充电锂电池112：负极113：隔板114：正极120：电池壳体140：密封构件具体实施方式在下文中，详细说明了本公开的实施方式。然而，这些实施例为示例性的，本公开不限于此，并且本公开由权利要求的范围限定。如本文所使用的，当未另外提供定义时，“取代的”是指化合物的氢被选自以下的取代基取代：卤素原子(F、Br、Cl或I)、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、腙基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、C1至C20烷基、C2至C20烯基、C2至C20炔基、C6至C30芳基、C7至C30芳烷基、C1-C4烷氧基、C1-C20杂烷基、C3至C20杂芳烷基、C3至C30环烷基、C3至C15环烯基、C6至C15环炔基、C2至C20杂环烷基及其组合。在下文中，描述了根据一个实施方式的用于可再充电锂电池的电解质。根据一个实施方式的用于可再充电锂电池的电解质包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其中所述添加剂包括由化学式1表示的化合物。[化学式1]在化学式1中，A为取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C3至C30环烷基、取代或未取代的C3至C30环烯基、取代或未取代的C3至C30环炔基或取代或未取代的C6至C30芳基，L为取代或未取代的C1至C20亚烷基或Cn(R1)2n-O-Cm(R2)2m，R1和R2独立地为氢、取代或未取代的C1至C10烷基或取代或未取代的C3至C10环烷基，并且n和m独立地为1至10范围内的整数。通常，当电解质暴露于高温时，作为一种锂盐的LiPF6在包括少量水的电解质中分解成LiF和PF5，并且这些与有机溶剂反应以消耗有机溶剂并且与正极反应以洗脱金属离子。因此，锂电池的高温稳定性和循环寿命特性可能劣化。根据一个实施方式，当使用包括式1表示的化合物的添加剂时，在负极的表面上形成具有优异离子导电性的坚固的SEI(固体电解质界面)膜，从而其可以抑制在高温循环操作期间负极的表面分解并且可以防止电解质的氧化反应。具体地，由化学式1表示的化合物可以与锂盐(比如LiPF6)的热解产物或从锂盐离解的阴离子配位，从而形成络合物，并且络合物的形成可以使锂盐(比如LiPF6)的热解产物或从锂盐离解的阴离子稳定。因此，它可以抑制阴离子与电解质的不期望的副反应并防止可再充电锂电池内部产生气体，从而大大降低缺陷率并且改善可再充电锂电池的循环寿命特性。另外，由于抑制了与电解质的副反应，因此可以形成具有低电阻的SEI膜和/或保护层，因此，可以降低电池内阻。另外，由化学式1表示的化合物及其氧化物可以参与与SEI膜的组分的电化学反应，以使该膜更坚固，并且还可以改善包括在电解质中的其他组分的由于氧化分解的稳定性。另一方面，由化学式1表示的化合物可以分解成二氟亚磷酸根基团(-OPF2)和氧化物片段。二氟亚磷酸根基团(-OPF2)和氧化物片段具有优异的电学和化学反应性，因此可以与暴露于正极活性物质表面的过渡金属氧化物形成供体-受体键，因此形成络合物形式的保护层并抑制金属离子的洗脱。另外，在可再充电锂电池的初始充电期间附着到过渡金属氧化物上的二氟亚磷酸根基团(-OPF2)可被氧化成多个氟磷酸根，结果形成具有正极周围更高稳定性和优异离子导电性的非活性层。因此，可以防止电解质的其他组分的氧化，结果，可以改善可再充电锂电池的循环寿命性能，并且同时可以防止可再充电锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可再充电锂电池的电解质，包括：非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其中所述添加剂包括由化学式1表示的化合物：[化学式1]

【技术特征摘要】
2018.04.19 KR 10-2018-00456451.一种用于可再充电锂电池的电解质，包括：非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其中所述添加剂包括由化学式1表示的化合物：[化学式1]其中，在化学式1中，A为取代或未取代的C1至C30烷基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C3至C30环烷基、取代或未取代的C3至C30环烯基、取代或未取代的C3至C30环炔基或取代或未取代的C6至C30芳基，L为取代或未取代的C1至C20亚烷基或Cn(R1)2n-O-Cm(R2)2m，R1和R2独立地为氢、取代或未取代的C1至C10烷基或取代或未取代的C3至C10环烷基，并且n和m独立地为1至10范围内的整数。2.如权利要求1所述的用于可再充电锂电池的电解质，其中化学式1的L为取代或未取代的C2至C20亚烷基或Cn(R1)2n-O-Cm(R2)2m，R1和R2独立地为氢、取代或未取代的C1至C10烷基或取代或未取代的C3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李河林，朴寭真，禹明希，林珍赫，崔兹奉，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR