二次电池用电解液添加剂及包含其的锂二次电池用非水电解液和锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种二次电池用电解液添加剂，其包含式1表示的化合物，该化合物具有优异的清除由锂盐产生的分解产物并同时在正极表面形成坚固的膜的效果，还涉及包含所述电解液添加剂的锂二次电池用非水电解液和锂二次电池。加剂的锂二次电池用非水电解液和锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池用电解液添加剂及包含其的锂二次电池用非水电解液和锂二次电池
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月26日提交的韩国专利申请第10
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2020
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0036576号的优先权，将其公开内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及一种二次电池用电解液添加剂、一种锂二次电池用非水电解液和包含其的锂二次电池，更具体而言，涉及一种可抑制高温储存过程中过渡金属溶出的二次电池用电解液添加剂，以及包含其的锂二次电池用非水电解液和锂二次电池。

技术介绍

[0004]随着信息社会的发展，个人IT设备和计算机网络的发展以及随之而来的整个社会对电能的依赖性增加，需要开发有效存储和利用电能的技术。
[0005]由于二次电池可以被小型化以适用于个人IT设备并且可以应用于电动车辆和电力存储设备，因此人们对作为各种应用最适合的技术的二次电池产生兴趣。在这些二次电池中，作为具有高能量密度的电池系统的锂离子电池(LIB)备受关注，并且目前被用于各种设备。
[0006]锂离子电池通常由包含由含锂过渡金属氧化物形成的正极活性材料的正极、包含能够储存锂离子的负极活性材料的负极、成为传递锂离子的介质的电解液、和隔膜组成。
[0007]正极通过过渡金属的氧化还原反应储存能量，其中，这导致过渡金属必须基本上包含在正极材料中的事实。此外，电解液由锂盐、溶解锂盐的有机溶剂和功能性添加剂组成，其中，正确选择这些组分对于改善电池的电化学性能很重要。
>[0008]存在以下缺点：在充电和放电或暴露于高温期间，过渡金属容易从正极溶出到电解液中。例如，由于电解液中包含的锂盐，通常是LiPF6，非常容易受到热的影响，因此当电池暴露在高温下时，锂盐会热分解，同时产生路易斯酸，例如PF5。路易斯酸破坏在电极表面上形成的膜，从而使正极的过渡金属容易溶出到电解液中。
[0009]这些溶出的过渡金属离子在再沉积在正极上时成为正极电阻增加的原因，相反，由于负极的自放电和通过电解液转移到负极然后电沉积在负极上的固体电解质中间相(SEI)的破坏和再生，导致锂离子的额外消耗和电阻增加。
[0010]因此，迫切需要开发一种方法，其通过清除锂盐热分解产生的副产物(HF和PF5等)并同时抑制过渡金属从正极的溶出，可以减少电池在高温下的劣化。

技术实现思路

[0011][技术问题][0012]本专利技术的一个方面提供一种二次电池用电解液添加剂，其在清除由锂盐产生的分解产物并且同时在正极表面上形成坚固的膜方面具有优异的效果。
[0013]本专利技术的另一方面提供一种锂二次电池用非水电解液，其通过包含所述二次电池用电解液添加剂而可以获得优异的高温稳定性和高温循环特性，以及包含所述非水电解液的锂二次电池。
[0014][技术方案][0015]根据本专利技术的一个方面，提供了一种二次电池用电解液添加剂，其包含下式1表示的化合物。
[0016][式1][0017][0018]在式1中，X是氧(O)或硫(S)，并且
[0019]R是经取代或未经取代的具有1至5个碳原子的烷基或N(R1)2(R1是氢或经取代或未经取代的具有1至5个碳原子的烷基)。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂二次电池用非水电解液，其包括锂盐、有机溶剂和作为第一添加剂的本专利技术的二次电池用电解液添加剂。
[0021]根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂二次电池，其包括：包含正极活性材料的正极；包含负极活性材料的负极；设置在负极和正极之间的隔膜；和本专利技术的锂二次电池用非水电解液。
[0022][有益效果][0023]作为添加剂包含在本专利技术的非水电解质溶液中的式1表示的化合物是在其结构中包含至少两个具有未共享电子对的氮原子的化合物，其中，它不仅可以在正极或负极的表面形成稳定的膜，而且可以有效地清除作为电解液分解产物而产生的路易斯酸，因为氮原子充当路易斯碱。
[0024]因此，可以获得一种能够抑制电解液中有机溶剂的额外分解并能够有效抑制过渡金属从正极溶出的非水电解液，以及通过包含所述非水电解液而改善了高温稳定性和高温循环特性的锂二次电池。
具体实施方式
[0025]在下文中，将更详细地描述本专利技术。
[0026]应当理解的是，说明书和权利要求中使用的单词或术语不应被解释为常用词典中定义的含义，并且应当进一步理解的是，基于专利技术人可以正确定义单词或术语的含义以最好地解释专利技术的原则，所述单词或术语应被解释为具有与其在相关技术和本专利技术的技术思想的上下文中的含义一致的含义。
[0027]此外，本专利技术使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式的目的，并不旨在限制本专利技术。单数形式的术语可以包括复数形式，除非另有说明。
[0028]在描述本专利技术之前，将进一步理解的是，本说明书的术语“包括”、“包含”或“具有”指定所述特征、数量、步骤、要素或其组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、要素或其组合的存在或添加。
[0029]本说明书中描述“a至b个碳原子”时表述“a”和“b”各自表示包含在特定官能团中的碳原子数。即，官能团可以包括“a”至“b”个碳原子。例如，表述“具有1至5个碳原子的亚烷基”表示含有1至5个碳原子的亚烷基，即，
‑
CH2‑
、
‑
CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2CH2‑
、
‑
CH2(CH3)CH
‑
、
‑
CH(CH3)CH2‑
和
‑
CH(CH3)CH2CH2‑
。
[0030]表述“亚烷基”表示支化或未支化的二价不饱和烃基。在一个实施方式中，亚烷基可以是经取代或未经取代的。亚烷基可包括亚甲基、亚乙基、亚丙基、异亚丙基、亚丁基、异亚丁基、叔亚丁基、亚戊基和3
‑
亚戊基。
[0031]此外，除非说明书中另有定义，否则表述“取代”表示至少一个与碳键合的氢被氢以外的元素取代，例如具有1至6个碳原子的烷基或氟。
[0032]通常，由于在电池运行期间从电解液中产生的氟化氢(HF)或由于重复充电和放电下正极的结构变化，构成正极的过渡金属可以容易地溶出到电解液中，并且溶出的过渡金属离子会再沉积在正极上，成为正极电阻增加的原因。此外，由于通过电解液移动到负极的过渡金属会电沉积在负极上，使负极自放电并破坏为负极提供钝化能力的固体电解质中间相(SEI)，促进了额外的电解液分解反应，因此负极的界面电阻增加。
[0033]由于这一系列反应减少了电池中可用的锂离子量，不仅导致电池容量下降，而且还伴随有电解液分解反应，从而增加电阻。另外，在正极的构成过程中电极中含有金属杂质的情况下，由于在初始充电期间金属杂质从正极溶解，由此溶解的金属离子电沉积在负极的表面上。这些电沉积的金属离子长成枝晶，造成电池内部短路，从而成为低电压故障的主要原因。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池用电解液添加剂，所述电解液添加剂包含式1表示的化合物：[式1]其中，在式1中，X是氧(O)或硫(S)，并且R是经取代或未经取代的具有1至5个碳原子的烷基或N(R1)2，R1是氢或经取代或未经取代的具有1至5个碳原子的烷基。2.如权利要求1所述的二次电池用电解液添加剂，其中，在式1中，X是S，并且R是经取代或未经取代的具有1至3个碳原子的烷基或N(R1)2，R1是氢或经取代或未经取代的具有1至3个碳原子的烷基。3.如权利要求1所述的二次电池用电解液添加剂，其中，在式1中，X是S，并且R是N(R1)2，R1是氢或经取代或未经取代的具有1至5个碳原子的烷基。4.如权利要求1所述的二次电池用电解液添加剂，其中，所述式1表示的化合物包括式1a表示的化合物：[式1a]5.一种锂二次电池用非水电解液，所述非水电解液包含权利要求1所述的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正友，姜有宣，李哲行，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：