锂二次电池用非水电解液及包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂二次电池用非水电解液，其包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中所述添加剂是包含具有砜酰亚胺基团和丙烷磺内酯基团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐。团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐。团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用非水电解液及包含其的锂二次电池


[0001]本申请要求于2020年11月3日提交的韩国专利申请No.10
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2020
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0144943的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种锂二次电池用非水电解液以及包含该非水电解液的锂二次电池，所述非水电解液能够通过在高电压下在正极/负极上形成稳定的膜来连续抑制电解液的分解，从而实现寿命改善和高倍率充电/放电。

技术介绍

[0003]近来，移动电子装置已经广泛分布，并且相应地，随着这些移动电子装置的快速小型化、重量减轻和变薄，强烈要求作为电源的电池小而轻，并且还强烈要求开发可以长时间充电/放电并且具有优异的高倍率特性的二次电池。
[0004]锂电池、特别是锂离子电池(LIB)是能够最佳地满足这些需求的电池，并且具有高能量密度并且易于设计，因此其被用作许多便携式设备的电源。近来，由于除了诸如便携式IT装置等小型电子装置之外，锂离子电池已被用作电动车辆或电力存储装置的电源，因此不仅在室温下而且在诸如高温或低温环境等更苛刻的外部环境中保持优异性能的研究也在增加。
[0005]另一方面，锂二次电池主要由能够嵌入和脱嵌锂离子的负极和正极以及其中适量的锂盐(例如LiPF6和LiBF4)溶解在混合碳酸酯类有机溶剂中的非水电解液组成。
[0006]在锂二次电池中，随着充电/放电的进行，正极活性材料发生结构塌陷并且金属离子从正极表面浸出。浸出的金属离子电沉积于负极上并使负极劣化。当正极的电势增加或电池暴露于高温时，这种劣化现象趋于加速。
[0007]为了解决这些问题，已经提出了将能够在负极表面上形成保护膜(即SEI膜)的化合物添加到非水电解液中的方法。然而，由于添加到电解液中的化合物会产生其它副作用，因此可能存在二次电池的整体性能降低的另一问题。
[0008]因此，持续需要开发含有能够改善电池性能和稳定性同时使副作用最小化的添加剂的非水电解液。
[0009]此外，在锂二次电池中，存在如下缺点：由于包含在原料中或在工艺中混入的外来物质而发生低电压现象(电压降)，并且该现象由于电池中的微短路而加剧，因此电池的运行停止。该缺点是制造过程最后阶段的缺陷，因此损失很大。
[0010][现有技术文献][0011][专利文献][0012](专利文件1)日本专利公开2001
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256995
[0013](专利文献2)美国专利7,033,707
[0014](专利文件3)日本专利公开2003
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059529

技术实现思路

[0015][技术问题][0016]为了解决上述常规问题，本专利技术旨在提供一种锂二次电池用非水电解液和包含其的锂二次电池，由于所述锂二次电池用非水电解液中加入了包含具有砜酰亚胺(sulfone imide)基团和丙烷磺内酯基团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐作为添加剂，因此能够抑制电池内部的由外来金属材料引起的副作用，同时在电极的表面上形成稳定的膜。
[0017]此外，本专利技术旨在提供一种锂二次电池，其通过在电极的表面上形成稳定的膜，并由此将阻碍锂传输的阴离子固定在电极膜上，从而降低膜的电阻，并提高锂离子的传输率而具有优异的高倍率充电/放电。
[0018][技术方案][0019]为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂二次电池用非水电解液，其包含电解质盐、有机溶剂和添加剂，其中所述添加剂为包含具有砜酰亚胺基团和丙烷磺内酯基团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐。
[0020]此外，本专利技术提供一种二次电池用非水电解液，其中所述添加剂为以下化学式1表示的锂盐：
[0021][化学式1][0022][0023]其中，
[0024]X是CH2或O，并且
[0025]R是氢、氟或被氟取代的具有1至4个碳原子的烷基。
[0026]此外，本专利技术提供了一种锂二次电池用非水电解液，其中，在化学式1中，R为F或CF3。
[0027]此外，本专利技术提供一种锂二次电池用非水电解液，其中化学式1由以下化学式A至D中的任一个表示：
[0028][化学式A][0029][0030][化学式B][0031][0032][化学式C][0033][0034][化学式D][0035][0036]此外，本专利技术提供了一种锂二次电池用非水电解液，其中基于总重量，所述添加剂的含量为0.01重量％至10重量％。
[0037]此外，本专利技术提供了一种锂二次电池用非水电解液，其中电解质盐选自LiCl、LiBr、LiI、LiBF4、LiClO4、LiB
10
Cl
10
、LiAlCl4、LiAlO4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCH3CO2、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiCH3SO3、LiFSI(双(氟磺酰)亚胺锂,LiN(SO2F)2)、LiBETI(双(全氟乙磺酰)亚胺锂,LiN(SO2CF2CF3)2)和LiTFSI(双(三氟甲磺酰)亚胺锂,LiN(SO2CF3)2)。
[0038]此外，本专利技术提供一种锂二次电池用非水电解液，其中，所述电解质盐的浓度为0.1M至3M。
[0039]此外，本专利技术提供一种锂二次电池用非水电解液，其中所述有机溶剂包括选自醚、酯、酰胺、直链碳酸酯和环状碳酸酯中的至少一种。
[0040]此外，本专利技术提供一种锂二次电池用非水电解液，其中所述锂二次电池的工作电压为4.0V以上。
[0041]此外，本专利技术提供了一种锂二次电池，其包括正极、负极、设置在正极和负极之间的隔膜以及所述锂二次电池用非水电解液。
[0042][有利效果][0043]本专利技术的锂二次电池用非水电解液通过包含作为添加剂的包括具有砜酰亚胺基团和丙烷磺内酯基团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐，表现出在电极表面上形成固定阴
离子的稳定膜的效果。
[0044]此外，由于甚至在高电压下也在电极表面上形成稳定的膜，包含本专利技术的锂二次电池用非水电解液的锂二次电池通过连续抑制电解液的分解而表现出寿命改善和优异的充电/放电特性。
附图说明
[0045]图1是显示了凭借本专利技术的添加剂电极膜(固体电解质中间相，SEI)的形成和操作机理的示意图。
[0046]图2是显示了本专利技术实施例1的添加剂的还原分解机理的反应流程图。由此可以确认通过上述机理产生的自由基和阴离子可以进一步与溶剂或添加剂反应以形成聚合物膜。
具体实施方式
[0047]根据本专利技术提供的实施方式全部可以通过以下描述来实现。应当理解，下面的描述应当理解为描述本专利技术的优选实施方式，并且本专利技术不必限于此。
[0048]本专利技术提供了一种锂二次电池用非水电解液，其包含电解质盐、有机溶剂和添加剂，其中所述添加剂为包含具有砜酰亚胺基团和丙烷磺内酯基团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐。
[0049]作为添加剂的包含具有砜酰亚胺基团和丙烷磺内酯基团本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂二次电池用非水电解液，其包含电解质盐、有机溶剂和添加剂，其中，所述添加剂是含有具有砜酰亚胺基团和丙烷磺内酯基团或硫酸亚乙酯基团的阴离子的锂盐。2.如权利要求1所述的锂二次电池用非水电解液，其中，所述添加剂是以下化学式1表示的锂盐：[化学式1]其中，X是CH2或O，并且R是氢、氟或被氟取代的具有1至4个碳原子的烷基。3.如权利要求2所述的锂二次电池用非水电解液，其中，R为F或CF3。4.如权利要求2所述的锂二次电池用非水电解液，其中，化学式1由以下化学式A至化学式D中的任一个表示：[化学式A][化学式B][化学式C]
[化学式D]5.如权利要求1所述的锂二次电池用非水电解液，其中，基于所述非水电解液的总重量，所述添加剂的含量为0.01重量％至10重量％。6.如权利要求1所述的锂二次电池用非水电解液，其中，所述电解质盐选自LiCl、LiBr、LiI、LiBF4、LiClO4、LiB
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【专利技术属性】
技术研发人员：廉澈殷，李政旻，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：