含有螯合剂的锂二次电池用电解液及使用该电解液的锂二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂二次电池用电解液，其包含：螯合剂，其与电池中的过渡金属离子形成络合物，同时不与锂离子反应和配位结合；非水溶剂；以及电解质盐，并公开了包含该电解液的锂二次电池。包含在锂二次电池用电解液中的螯合剂，可以抑制过渡金属离子被还原并作为过渡金属析出于阳极上的副反应。并且，该螯合剂可以抑制当过渡金属析出于阳极上时可发生的电池内部短路、电池电压下降、以及电池安全性与性能下降。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含有螯合剂的锂二次电池用电解液，以及使用该电解 液的锂二次电池。
技术介绍
近来已实现电子装备的小型化和轻量化，且便携式电子器件的使 用已经普及，因此对具有高能量密度的二次电池的研究非常活跃。锂二次电池是目前主要使用的二次电池，其包含由能够嵌入以及 脱出锂离子的材料所制成的阴极和阳极。锂二次电池通过在阴极和阳 极之间注入非水电解液而被制成，并经由锂离子嵌入阴极和阳极以及 从中脱出时发生的氧化还原反应而产生出电能。当二次电池被充电以及放电时，该电池中的过渡金属离子可引起 副反应，并可导致电池性能的降低。例如，当阴极包含铁杂质时，铁 可被离子化、并析出在阳极上，导致电压下降。还有，被用作阴极活 性材料的钴的一部分可被溶出、并析出在阳极上，且当尖晶石锰被用 于阴极时，锰可被溶出。另外，当使用铁橄榄石材料时，铁可被溶出。 此类副反应降低了电池的稳定性和性能。在试图抑制副反应的在先努力中，要使用用于纯化原料的昂贵装 置，对原料进行预处理，或使用性能较差的其他替代性材料。然而， 这些方法具有的问题在于其过于昂贵且降低了电池的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供含有螯合剂的锂二次电池用电解液以及包含所述电解液的锂二次电池，该螯合剂与过渡金属离子形成络合物， 且同时不会与锂离子反应及配位结合，从而通过抑制副反应可改进电 池的性能与安全性，该副反应为包含在阴极中的某些过渡金属和过渡 金属离子，例如铁杂质，于电池被充电和放电时被氧化并析出在阳极 上。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂二次电池用电解液以及包 含所述电解液的锂二次电池，所述电解液包含螯合剂，其与电池中 的过渡金属离子形成络合物，且同时不与锂离子反应及配位结合；非 水溶剂；以及电解质盐。附图说明图1是一图表，示出根据本专利技术实施例l、以及比较例1 3制造的电 池的Fe电镀实验结果。图2是一图表，示出根据本专利技术实施例1 5、以及比较例l制造的电 池的Fe电镀实验结果。图3是一图表，示出根据本专利技术实施例6与7、以及比较例4制造的电池的高温储存特性。图4是一图表，示出根据本专利技术实施例6与7、以及比较例4制造的 电池的C倍率(C-rate)特性。图5是一图表，示出根据本专利技术实施例6与7、以及比较例4制造的 电池的循环特性。具体实施例方式下文对本专利技术作进一步详细的描述。本专利技术的特征在于选择螯合剂并将所选的螯合剂用在锂二次电池 中，该螯合剂不与锂离子反应，且不与锂离子形成配位键、因此不与 锂离子形成络合物。锂二次电池的阴极通常包含锂过渡金属氧化物，在某些情况中包 含Fe作为杂质。当该二次电池被充电和放电时，可能发生这样的副反应，其中过渡金属例如可被包含在阴极中的Co、 Mn和Ni，或过渡金属 例如铁杂质，被离子化、从阴极溶出、并析出在阳极上。当该锂二次电池的电解液包含螯合剂时，该螯合剂将与金属离子 例如Co、 Mn、 Ni、以及Fe配位结合，形成已知为螯合物的含金属环状 络合物。并且，包含在本专利技术电解液中的该螯合剂不会降低电池的性 能，因为它不与锂离子反应与配位结合，因此不与锂离子形成络合物。从而，因为在该电池中螯合剂与除锂离子之外的过渡金属离子形 成络合物，从而显著降低了该过渡金属离子的反应性，因此可以抑制 过渡金属离子被还原并作为过渡金属析出在阳极上的副反应。并且， 该螯合剂可以抑制过渡金属在阳极上析出时可发生的电池内部短路、 电池电压下降、以及电池安全性与性能的降低。同样地，在本专利技术中，形成于螯合剂和过渡金属离子之间的络合 物优选地不溶于电解液中。当螯合剂与过渡金属离子之间的络合物易 溶于电解液中时，该络合物可以迁移到阳极，并可被还原并作为过渡 金属析出于阳极的表面上。包含在本专利技术锂二次电池用电解液中的螯合剂可以是选自如下的 至少一种EDTA(乙二胺四乙酸)、NTA(次氮基三乙酸)、DCTA(反式 -1，2-二氨基环己垸四乙酸)、0丁？八(二乙撑三胺五乙酸)、以及EGTA(乙 二醇双(2-氨基乙基醚)-N,N，N，,N，-四乙酸)。相对于电解液，该螯合剂的含量可以为2 200 mM。如果该螯合剂 以低于2mM的含量包含在该电解液中，它将无法有效地通过螯合剂与 过渡金属离子之间的配位结合形成络合物，及抑制过渡金属析出于阳 极中的副反应。另一方面，如果该螯合剂的含量高于200 mM，则增加螯合剂的用量不会产生任何进一步的效果。包含在本专利技术锂二次电池用电解液中的该非水溶剂并无特别的限 制，只要是通常用作非水电解液用的非水溶剂即可。举例来说，可用 于本专利技术中的非水溶剂包括环状碳酸酯、线型碳酸酯、内酯、醚、酯、 以及酮。环状碳酸酯的例子包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、以及碳酸亚丁酯(BC),线型碳酸酯的例子包含碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲 酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲乙酯(EMC)、以及碳酸甲丙酯 (MPC)。内酯的例子包含Y-丁内酯(GBL)，醚的例子包含二丁醚、四氢 呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,4-二隨烷、以及l,2-二甲氧基乙烷。另外， 酯的例子包含乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、以及新戊酸甲酯，酮 的例子包含聚甲基乙烯基酮。这些非水溶剂可以单独使用或者以两种 以上的混合物形式使用。包含在本专利技术锂二次电池用电解液中的电解质盐并无特别的限 制，只要是通常用作非水电解液用电解质盐即可。该电解质盐的非限 定性例子包含具有结构如A+B'的盐，其中A+代表碱金属阳离子如Li+、 Na+、 K+、或其组合，B—代表阴离子如PF6-、 BF4—、 Cl_、 Br、 I_、 C104—、 AsF6-、 CH3C02-、 CF3S03\ N(CF3S02)2\ C(CF2S02)3\或其组合。特 别地，优选的是锂盐。这些电解质盐可以单独使用或者以两种以上的 混合物形式使用。根据本专利技术的锂二次电池可以采用所述锂二次电池用电解液。具 体地，根据本专利技术的锂二次电池可以包含阴极、阳极、隔板、以及所 述锂二次电池用电解液。本专利技术的锂二次电池可以根据本领域公知的常规方法，通过将多 孔隔板置于阴极和阳极之间，并将所述电解液置入上述所得结构中而获得。然而，可以用在本专利技术中的锂二次电池制造方法并不限于任何 特定的方法。用在本专利技术二次电池中的该阴极活性材料，可以由选自如下的任 何一种或者两种以上的混合物组成各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、镍和 钴被其它过渡金属等所取代的上述氧化物，例如LiCoC^、 LiNi02、 LiMn02、 LiMn204、 Li(NiaC。bMnc)02( 0<a<l、 0<b<l、 0<c<l、 a+b+c=l)、 LiNi1YCoY02、 LiCc^ YMny02 、 LiN、 YMnYO2(0^Y< 1)、 Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2、 0<b<2、 0<c<2、 a+b+c=2)、 LiMn2zNiz04、 LiMn2zCoz04 (0<Z<2)、 LiCoP04或LiFePC^，或者含锂的钒氧化物 等)，以及硫族元素化合物(例如二氧化锰、二硫化钛、二硫化钼等)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池用电解液，其包含：螯合剂，其与电池中的过渡金属离子形成络合物，同时不与锂离子反应和配位结合；非水溶剂；和　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：李在宪，安谆昊，玉宗和，洪承泰，金正玟，郑钟模，吉孝植，李星协，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]