用于锂二次电池的液体电解质添加剂、包含该添加剂的非水液体电解质和锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种非水液体电解质，包括非水有机溶剂、锂盐和含碳‑碳三键的异氰酸酯类化合物添加剂。通过在非水液体电解质中包括含碳‑碳三键的异氰酸酯类化合物添加剂，寿命性能和高温耐久性能够得到增强，并且电池的内部电阻能够得以降低。

Liquid electrolyte additive for lithium secondary battery, non-aqueous liquid electrolyte containing the additive and lithium secondary battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的液体电解质添加剂、包含该添加剂的非水液体电解质和锂二次电池
[相关申请的交叉引用]本申请要求于2014年10月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0133432以及于2015年10月1日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0138640的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。[
]本专利技术涉及一种二次电池，其通过在二次电池中包括含异氰酸酯类化合物的非水液体电解质而具有提高的寿命性能和高温耐久性。
技术介绍
随着技术进步和对移动装置需求的增加，对于的二次电池作为能源的需求急剧地增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和高电压的锂二次电池已经商业化并广为使用。锂金属氧化物被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、或碳复合物被用作负极活性材料。通过将活性材料以适当的厚度和长度涂布到集电器上，或者以膜的形式涂布活性材料本身，并且将所得物与作为绝缘体的隔膜一同进行卷绕或堆叠，以形成电极组，然后，将所得物放入罐或类似的容器中，然后通过注入液体电解质而制备二次电池。这种锂二次电池经历充电和放电，同时重复锂离子从正极的锂金属氧化物至负极的石墨电极的嵌入(intercalation)和脱嵌(deintercalation)。在此，由于高反应性锂与碳电极发生反应，并通过产生Li2CO3、LiO、LiOH等而在负极表面形成膜。这种膜称为固体电解质界面(SEI)膜，且在充电伊始形成的SEI膜防止了在充电和放电期间锂离子与碳负极或其他材料的反应。另外，SEI膜起到离子通道(IonTunnel)的作用，且仅传递锂离子。这种离子通道溶剂化(solvation)锂离子，并通过液体电解质的高分子量有机溶剂一并迁移并共嵌入至碳负极而起到防止碳负极结构崩塌的作用。因此，为了提高锂二次电池的高温循环特性及低温输出特性，需要在锂二次电池的负极上形成牢固的SEI膜。一旦在初始充电时形成SEI膜，在随后电池使用而重复充电和放电时，该膜防止锂离子与负极或其他材料的反应，并且起到在液体电解质与负极之间仅传递锂离子的离子通道(IonTunnel)的作用。在现有技术中，在不含液体电解质添加剂、或含具有性质不佳的液体电解质添加剂的液体电解质中，由于会形成不均匀的SEI膜而难以指望电池寿命增强。而且，甚至在含有液体电解质添加剂但所加入的添加剂的量未调节到所需量时，存在着正极表面由于液体电解质添加剂而在高温反应中分解、或者液体电解质导致氧化反应并且最终导致二次电池的不可逆容量增加且电池的耐久性下降的问题。
技术实现思路
技术问题鉴于上述，做出本专利技术。本申请的专利技术人已经确定，当在非水液体电解质中包括含碳-碳三键的异氰酸酯类化合物添加剂时，功率输出性能和稳定性得到提高，并且本申请的专利技术人已完成本专利技术。技术方案本专利技术的一个实施方案提供一种非水液体电解质，包括：非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中所述添加剂是含碳-碳三键的异氰酸酯类化合物。含碳-碳三键的异氰酸酯类化合物可包括选自以下化学式1至3表示的化合物中的一种或多种化合物。[化学式1][化学式2][化学式3]在化学式3中，R可以是直链或环状烷基、或芳基烷基化合物。含碳-碳三键的异氰酸酯类化合物可以包括为基于非水液体电解质的总重量的0.05重量％至2重量％。锂盐可以包括选自LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiBF6、LiSbF6、LiN(C2F5SO2)2、LiAlO4、LiAlCl4、LiSO3CF3和LiClO4中的任一种、或两种以上这些物质的混合物，并且非水有机溶剂可包括腈基溶剂、直链碳酸酯、环状碳酸酯、酯、醚、酮或其组合。有益效果根据本专利技术的锂二次电池在非水液体电解质中包括含碳-碳三键的异氰酸酯类化合物，因此能够改善所制得的二次电池的功率输出性能和稳定性。附图说明图1是示出测量实施例1至4以及比较例1中所制成的二次电池于高温储存之后厚度增加的程度的结果的图。具体实施方式在下文中，将参照实施方式详细描述本专利技术。然而，根据本专利技术的实施方式可以修改为各种其他形式，并且本专利技术的范围不应被解释为限于下述实施方式。提供本专利技术的这些实施方式是为了向本领域普通技术人员更完整地描述本专利技术。根据本专利技术的一个实施方式的非水液体电解质可包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂是含碳-碳三键的异氰酸酯类化合物。异氰酸酯类化合物容易与薄膜态的电极表面反应，并且是一种具有在结构上易于配位Li离子的结构的化合物，具体地，异氰酸酯类化合物可包括选自以下化学式1至3表示的化合物中的一种或多种化合物。[化学式1][化学式2][化学式3]在化学式3中，R可以是直链或环状烷基、或芳基烷基化合物。更具体地，R可以是在选自由以下化学式4至7表示的化合物中的化合物上除去两个异氰酸酯基团之外的烃基团。[化学式4][化学式5][化学式6][化学式7]根据本专利技术的一个实施方式的添加剂在液体电解质中具有对正电极或负电极表面上的-OH基团的亲和性(philic)，并能够形成均匀的膜。更具体地，在异氰酸酯化合物的异氰酸酯基团中的氮(N)部分的+电荷与在正电极或负电极表面上的-OH基团反应。因此，根据本专利技术的一个实施方式的异氰酸酯类的化合物的添加剂能够在电极表面上形成稳定的SEI膜。特别地，在异氰酸酯类化合物中的官能团之一的碳-碳三键能够通过还原反应形成稳定的膜，并且几乎没有还原反应的部分能够通过异氰酸酯基团与电极表面上的-OH基团反应形成稳定的SEI膜。换句话说，根据本专利技术的一个实施方式的同时包含碳-碳三键和异氰酸酯基团的化合物能够通过互补作用在电极表面上更有效地形成膜。在此，异氰酸酯类化合物添加剂可包括为基于非水液体电解质的总重量的0.05重量％至2重量％。当异氰酸酯类化合物的含量小于0.05重量％时，根据本专利技术的一实施方式，寿命性能提高和高温耐久性提高的效果比较低，而当该含量大于2重量％时，在高温下气体产生的可能性会增加。此外，根据本专利技术的一个实施方式的非水液体电解质还可以包括不同类型的添加剂。特别地，取决于目的，非水液体电解质可进一步包括用于形成固体电解质界面(SEI，SolidElectrolyteInterface)的通常公知的添加剂。例如，为了延长使用寿命，可进一步包括添加剂，例如碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烯磺内酯、1,3-丙烷磺酸内酯、琥珀酰酐、内酰胺类或己内酰胺类，这些均为寿命增强添加剂。此外，为了增强过充电，可进一步包括环己基苯、联苯、对氯苯等。添加剂不限于上述实例，为了提高电池性能，用于形成负极和正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水液体电解质，包括：非水有机溶剂，锂盐和添加剂，/n其中所述添加剂是含碳-碳三键的异氰酸酯类合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20141002 KR 10-2014-01334321.一种非水液体电解质，包括：非水有机溶剂，锂盐和添加剂，
其中所述添加剂是含碳-碳三键的异氰酸酯类合物。


2.根据权利要求1所述的非水液体电解质，其中，所述含碳-碳三键的异氰酸酯类化合物包括选自以下化学式1至3表示的化合物中的一种或多种化合物：
[化学式1]



[化学式2]



[化学式3]



其中，在化学式3中，R为直链或环状烷基，或芳基烷基化合物。


3.根据权利要求2所述的非水液体电解质，其中，化学式3表示的化合物中的R为选自以下化学式4至7表示的化合物中的化合物上除去两个异氰酸酯基团之外的烃基团：
[化学式4]



[化学式5]



[化学式6]



[化学式7]





4.根据权利要求1所述的非水液体电解质，其中所述锂盐包括选自LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiBF6、LiSbF6、LiN(C2F5SO2)2、LiAlO4、LiAlCl4、LiSO3CF3和LiClO4中的任意一种、或两种以上这些物质的混合物。


5.根据权利要求1所述的非水液体电解质，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：安庆昊，朴卛智，李哲行，吴正友，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR