非水性电解液及包含其的二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种非水性电解液，其包括：非水性环状溶剂；聚合反应催化剂，其依靠温度或电压活化而引发该非水性环状溶剂的聚合反应；以及电解质盐。此外，本发明专利技术还公开了包含该非水性电解液的二次电池。该非水性电解液在正常工作温度与电压下不会影响电池的性能。然而，当电池因高温或过充电而工作不当时，在特定温度或电压下，由于包含在非水性电解液中的聚合反应催化剂，可以发生非水性环状溶剂的聚合反应，而增加电解液的阻抗并降低电解液的电导率，因而增加电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术关于一种非水性电解液，以及一种包含该非水性电解液 的二次电池。
技术介绍
近来，已经实现了电子装置的紧凑和质轻的结构，且便携式电 子设备的使用已经普及，因而针对具有高能量密度的二次电池的研 究也已积极进行。目前主要使用的锂二次电池包括由可嵌入与脱嵌锂离子的材料 所制成的阴极与阳极，通过在阴极与阳极之间注入非水性电解液制 备，并通过当锂离子嵌入到阴极与阳极以及从其中脱嵌时发生的氧 化和还原反应产生电能。然而，此类锂二次电池的缺点在于，其中所使用的非水性电解 液可能造成安全性问题，例如着火与爆炸，而这类问题随着电池的 容量密度增加变得严重。具体而言，当电池过充电超过常规的工作电压时，阴极将释放出过量的锂，其将在阳极上产生枝晶(dentrite)。 因而，阴极与阳极都将是热不稳定的，进而会发生快速的放热反应， 如电解液的分解。该放热反应造成热失控(thermal runaway),这将造 成电池的着火与爆炸，进而降低电池的安全性。提出来解决由锂二次电池过充电引起的问题的现有技术大致包 括利用电路的方法和利用化学反应的方法。利用电路的方法是通过当电池发生过充电时促使气体产生而机械地干扰电流的方法。这些方法的问题在于招致高成本，且在设计 与制造电池的过程中有各种限制。利用化学反应的方法包括，包括熔化隔膜以关闭隔膜的孔的方 法，以及将适当的氧化还原对添加剂，即进行氧化-还原循环的氧化 -还原反应物加入到电解液中的方法。然而，这些方法的问题在于， 氧化还原对添加剂具有短的循环寿命。
技术实现思路
考虑到在现有技术中出现的上述问题创造了本专利技术，并且本发 明的目的在于提供一种非水性电解液以及包含上述非水性电解液的 二次电池，该非水性电解液包含非水性环状溶剂及聚合反应催化 剂，该聚合反应催化剂在电池暴露于高温或过充电时活化而引发非 水性环状溶剂的聚合反应，因而降低电解液的电导率并增加电池安 全性。为达成上述目的，本专利技术提供一种非水性电解液，以及包含所 述非水性电解液的二次电池，所述非水性电解液包括非水性环状 溶剂；聚合反应催化剂，该聚合反应催化剂依靠温度或电压活化而 引起非水性环状溶剂的聚合反应；及电解质盐。附图说明图l是根据实施例l与比较例l所制备的非水性电解液的阻抗与 温度的关系图；图2是根据实施例1与比较例1所制备的电池的温度与电压随时 间变化的曲线图，其中温度与电压是在热箱中进行测量的；及图3是根据实施例1与比较例1所制备的电池过充电时的温度与 电压随时间变化的曲线图。具体实施方式在下文中，将详细描述本专利技术。本专利技术的特征在于选择了这样的催化剂，其在室温下未活化， 因此在室温下无法充当催化剂，但是在特定的温度或电压下活化而 引发非水溶性溶剂的聚合反应。所选择的催化剂于是用于与非水性 环状溶剂及电解质盐一起构成非水性电解液。只要不向其中提供用于引起聚合反应的物质，那么包含在非水 性电解液中的非水性环状溶剂不但在室温下，而且在高温下几乎不麥A当把聚合反应催化剂提供到非水性环状溶剂中时，催化剂在电 池正常的工作温度与电压下将不会活化，因此在该温度与电压下， 该催化剂并不会造成非水性环状溶剂的聚合反应。因而，催化剂不 影响电池的性能。然而，当电池由于暴露于高温或过充电而工作不 当时，聚合反应催化剂将在特定温度或电压下活化而引发非水性环 状溶剂的聚合反应。由非水性环状溶剂的聚合反应得到的聚合物将 增加电解质的阻抗而降低电解液的电导率，因而增加电池安全性。包含在本专利技术的非水性电解液中的聚合反应催化剂优选是在90 20(TC的温度或高于4.4V的电压下活化，而引发非水性环状溶剂 的聚合反应。用于本专利技术的聚合反应催化剂可为碱、金属盐或路易斯酸 (Lewis acid)催化剂。具体而言，聚合反应催化剂可为选自由以下物 质所组成的群组的一种或多种三乙胺(TEA)、 DBU(l，8-二氮杂双 环"1^—-7-烯)、KOCH3、 NaOCH3、 KOC2H5、 NaOC2H5、 NaOH、 KOH 、 Al(acac)3 、 Cr(acac)3 、 Co(acac)2 、 Fe(acac)3 、 Mn(acac)3 、 Mn(acac)2、 Mo02(acac)2、 Zn(acac)2、 A1C13、 TiCl4、 ZnCl2、 Al(0-iPr)3、 Ti(OBu)4、 Sn(Ph)3Cl、 (n-Bu3Sn)20、 ZnEt2、 Bu2Sn(OMe)2、 BDL、BDPH、 4-DMAP(4-二甲氨基吡啶)、Zr(OPr)4、 BuLi、 K2C03、 Na2C03、 Rb2CO,t]Cs2C03。基于非水性电解液的总重量，聚合反应催化剂的使用量可为 0.01~3%重量。如果聚合反应催化剂在非水性电解液中的含量低于 0.01%重量，则当电池暴露在高温或过充电下时其不会引发非水性 环状溶剂的聚合反应，或者其会导致慢的环状溶剂的聚合反应，因 而对于电池安全性的改善具有不显著的效果。另一方面，如果聚合 反应催化剂的含量超过3%重量，其不会具有因含量的增加引起的进 一步的效果，而会使电池的寿命循环特性恶化。用于本专利技术的非水性环状溶剂可为选自由以下物质所组成的群 组的一种或多种碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯 (BC)以及Y-丁内酯(GBL)。用于本专利技术的电解质盐并无具体限制，只要其通常用作电解质 盐。电解质盐的非限制性实例，包括具有如A+B-结构的盐，其中A" 代表碱金属阳离子如Li+、Na+、K+或其组合，且B-代表阴离子如PF6\ BF4\ Cr、 Br-、 r、 C1(V、 AsF6\ CH3C02-、 CF3S03 、 N(CF3S02)2-、 C(CF2S02)3—或其组合。锂盐是特别优选的。这些电解质盐可单独使 用或者作为其二种或多种的混合物使用。根据本专利技术的二次电池可包含所述非水性电解液。例如，本发 明的二次电池可包括阴极；阳极；隔膜；以及所述非水性电解液。 在本文中使用的术语"二次电池"是指包括所有锂金属二次电池、锂 离子二次电池、锂聚合物二次电池以及锂离子聚合物二次电池。本专利技术的二次电池可根据现有技术中已知的常规方法，通过将 多孔性隔膜插置于阴极与阳极之间，及将所述非水性电解液置于所 得到的结构中来制备。然而，可以用于本专利技术的制造二次电池的方法并不限于任何具体方法。包括在二次电池中的电极可根据现有技术中已知的方法制备。 例如，电极可以通过下列步骤制备将每一种电极活性材料与粘合 剂及溶剂，以及任选地导电材料和分散剂一起混合，搅拌该混合物 而制成浆料，将该桨料涂布到金属集电体上，及压縮和干燥所涂布 的浆料。以电极活性材料的重量为基准，粘合剂与导电材料的用量可分别为1~10 wt。/。与l 30 wt%。用于本专利技术的二次电池的阴极活性材料可由选自下列物质的任何一种或者二种或多种的混合物组成多种锂-过渡金属复合氧化物 (例如，锂锰复合氧化物，锂镍氧化物，锂钴氧化物，以及其中部分锰、镍、钴被其它过渡金属等取代的上述氧化物，如LiCo02、LiNi02、 LiMn02、 LiMn204、 Li(NiaCobMnc)O2(0<a< 1、 0<b<l、 0<c<l、 a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水性电解液，包括：　非水性环状溶剂；　聚合反应催化剂，其依靠温度或电压活化而引发该非水性环状溶剂的聚合反应；以及　电解质盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴必圭，金帝映，俞成勋，李镛台，安谆昊，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]