锂二次电池用非水性电解质溶液以及包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及锂二次电池用非水性电解质溶液以及包含其的锂二次电池，具体而言，本发明专利技术旨在提供包含锂盐、有机溶剂和作为添加剂的式1表示的化合物的锂二次电池用非水性电解质溶液，以及通过包含该非水性电解质溶液而使高温下的高倍率充电和放电特性得到改善的锂二次电池。电池。电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用非水性电解质溶液以及包含其的锂二次电池


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年12月5日提交的韩国专利申请第10
‑
2019
‑
0160560号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

[0003][0004]本专利技术涉及一种锂二次电池用非水性电解质溶液以及包含其的锂二次电池。

技术介绍

[0005]随着现代社会对电能的依赖度逐渐增加，能够在不引起环境问题的情况下增加产量的可再生能源已成为下一代发电系统。
[0006]由于可再生能源表现出间歇性发电特性，因此基本上需要能够稳定供电的大容量储电设备。锂离子电池作为目前在储电设备中商业化的表现出最高能量密度的设备而备受关注。
[0007]锂离子电池由包括含有锂的过渡金属氧化物作为正极活性材料的正极、能够存储锂的负极、包括含有锂盐的有机溶剂的电解质溶液以及隔膜组成。
[0008]对于正极，能量通过过渡金属的氧化还原反应存储，这导致了以下事实：过渡金属必须基本上包含在正极材料中。
[0009]当正极活性材料在重复充电和放电过程中在结构上崩塌时，电池的性能降低。即，由于正极的结构崩塌而从正极表面溶出的金属离子电沉积在负极上，从而降低电池的性能。当正极的电位升高或电池暴露于高温时，这种电池性能劣化现象趋于进一步加剧。
[0010]为了控制这种劣化行为，已经进行了应用在正极上形成膜的添加剂的研究，另外，正在进行抑制溶出的过渡金属在负极上电沉积或发生离子取代的研究。

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]本专利技术的一个方面提供了一种锂二次电池用非水性电解质溶液，其包含能够与从正极溶出的过渡金属离子形成络合物的添加剂。
[0013]本专利技术的另一方面提供了一种锂二次电池，其中通过包含上述锂二次电池用非水性电解质溶液来确保高温性能，从而提高了高倍率充电和放电特性。
[0014]技术方案
[0015]根据本专利技术的一个方面，提供了一种锂二次电池用非水性电解质溶液，其包含锂盐、有机溶剂和作为添加剂的式1表示的化合物。
[0016][式1][0017][0018]其中，在式1中，
[0019]R1至R5各自独立地为氢、具有取代基或不具有取代基的具有1至5个碳原子的烷基或者
‑
CN，其中R1至R5中的至少一个是
‑
CN基团。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂二次电池，其包含负极、正极、设置在所述负极和所述正极之间的隔膜，以及非水性电解质溶液，其中，所述非水性电解质溶液包括本专利技术的锂二次电池用非水性电解质溶液。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术的非水性电解质溶液中包含的式1表示的化合物是具有两性离子结构的化合物、即在一个分子中带有正负电荷的中性分子，其中凭借两性离子可以进一步提高非水性电解质溶液的离子导电性。而且，式1表示的化合物可以通过其分子结构中包含的双键在负极上形成稳定的膜，并且可以通过分子结构中包含的至少一个氰基与从锂二次电池的正极溶出的过渡金属离子形成络合物。因此，式1表示的化合物可以抑制过渡金属离子在负极上的离子取代或电沉积。如上所述，作为添加剂包含的式1表示的化合物可以比有机溶剂先分解以在负极表面上形成膜并且可以降低电解质溶液中金属异物的浓度。因此，由于非水性电解质溶液可以抑制连续分解反应，因此可以实现具有改进的充电和放电特性的锂二次电池。
附图说明
[0023]本说明书所附的以下附图通过实例示出了本专利技术的优选实施例，并且与下面给出的本专利技术的详细描述一起使本专利技术的技术构思能够得到进一步理解，因此，本专利技术不应当仅用这些附图中的内容来解释。
[0024]图1是示出实验例1的非水性电解质溶液的金属(Co)离子电沉积评价结果的图；
[0025]图2是示出实验例2的实施例和比较例的非水性电解质溶液的分解起始电压测量结果的图；
[0026]图3是示出实验例5的实施例和比较例的锂二次电池的室温输出特性评价结果的图；和
[0027]图4是示出实验例5的实施例和比较例的锂二次电池的室温输出特性评价结果的图。
具体实施方式
[0028]在下文中，将更详细地描述本专利技术。
[0029]将理解的是，在本说明书和权利要求中使用的词语或术语不应被解释为常用词典中定义的含义，并且将进一步理解的是，应该基于专利技术人可以适当地定义词语或术语的含义以最佳地解释本专利技术的原则，将词语或术语解释为具有与其在相关技术语境中的含义和本专利技术的技术构思一致的含义。
[0030]通常，由于(i)由正极与电解质溶液之间的副反应产生的酸或由锂盐的水解和热分解形成的酸(例如氢氟酸(HF))，或(ii)重复充电和放电导致的正极的结构变化，过渡金属容易从正极溶出到电解质溶液中，并且溶出的过渡金属离子重新沉积在正极上，从而成为正极电阻增加的原因。而且，由于通过电解质溶液移动到负极的过渡金属电沉积在负极上，从而使负极自放电并破坏赋予负极钝化能力的固体电解质界面(SEI)，因此通过促进额外的电解质溶液分解反应增加了负极的界面电阻。由于这一系列反应减少了二次电池中的可用锂离子的量，不仅导致二次电池的容量劣化，而且还伴随电解质溶液的分解反应，因此二次电池的电阻增加。
[0031]此外，在制备电极时电极中包含金属异物的情况下，金属异物在初始充电期间在负极表面上电沉积并生长成枝晶的同时引起二次电池的内部短路。这种现象成为低电压故障的主要原因。
[0032]本专利技术旨在提供一种锂二次电池用非水性电解质溶液以及通过包含其而提高了高温下的高倍率充电和放电特性的锂二次电池，该非水性电解质溶液包含一种添加剂，该添加剂不仅可以通过在有机溶剂之前分解而在负极表面上形成坚固的膜，而且还可以通过与金属离子或金属异物(如上所述的劣化和故障行为的原因)形成络合物来防止金属离子在负极上电沉积。
[0033]锂二次电池用非水性电解质溶液
[0034]根据一个实施方式，本专利技术提供了一种锂二次电池用非水性电解质溶液，其包括：
[0035]锂盐、有机溶剂和作为添加剂的式1表示的化合物。
[0036][式1][0037][0038]在式1中，
[0039]R1至R5各自独立地为氢、具有取代基或不具有取代基的具有1至5个碳原子的烷基或者
‑
CN，其中R1至R5中的至少一个是
‑
CN基团。
[0040](1)锂盐
[0041]首先，在本专利技术的锂二次电池用非水性电解质溶液中，作为锂盐，可以使用通常用于锂二次电池用电解质溶液中的任何锂盐而没有限制，并且例如，锂盐可以包含Li
+
作为阳离子，并且可以包含选自由F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、NO3‑
、N(CN)2‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂二次电池用非水性电解质溶液，所述非水性电解质溶液包含锂盐、有机溶剂和作为添加剂的式1表示的化合物，[式1]其中，在式1中，R1至R5各自独立地为氢、具有取代基或不具有取代基的具有1至5个碳原子的烷基或者
‑
CN，其中，R1至R5中的至少一个是
‑
CN基团。2.如权利要求1所述的锂二次电池用非水性电解质溶液，其中，在式1中，R1至R5各自独立地为氢、具有取代基或不具有取代基的具有1至3个碳原子的烷基或者
‑
CN，其中，R1至R5中的至少一个是
‑
CN基团。3.如权利要求1所述的锂二次电池用非水性电解质溶液，其中，在式1中，R1是
‑
CN，R2至R5各自独立地为氢、具有取代基或不具有取代基的具有1至3个碳原子的烷基或者
‑
CN，其中，R2至R5中的至少一个是
‑
CN基团。4.如权利要求1所述的锂二次电池用非水性电解质溶液，其中，在式1中，R1是
‑
CN，R2至R5各自独立地为具有取代基或不具有取代基的具有1至3个碳原子的烷基或者
‑
CN，其中，R2至R5中的至少一个是
‑
CN基团。5.如权利要求1所述的锂二次电池用非水性电解质溶液，其中，在式1中，R1至R3各自为
‑
CN，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贤荣，金铉承，李哲行，林永敏，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：