安全性提高的锂二次电池制造技术

本文公开了电解质组合物和包含其的锂二次电池。所述电解质组合物具有改进的高温安全性。在一些实施方式中，电解质组合物包括包含式1表示的化合物的添加剂，其可以增强电极表面上的SEI层，从而具有改善高温下的储存和寿命特性以及减少电池中产生的气体量的优点。命特性以及减少电池中产生的气体量的优点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】安全性提高的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种安全性改善的锂二次电池。本申请要求于2021年12月24日提交的韩国专利申请10
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2021
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0186970的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
[0002]专利技术背景
[0003]近来，二次电池不仅广泛应用于诸如便携式电子设备等小型设备，而且广泛应用于诸如混合动力电动车辆或电动车辆的电池包或蓄电装置等中大型设备。这些二次电池的实例可以包括非水电解质电池，例如锂离子电池、锂电池、锂离子电容器和钠离子电池。
[0004]然而，非水电解质以包含锂盐的形式使用，而作为用于电解质的最广泛使用的锂盐的LiPF6会与电解质溶剂反应，从而促进溶剂的消耗并产生HF。由此产生的HF不仅可以在高温条件下产生大量气体，而且可以使金属离子从正极活性材料中溶出，并且当溶出的金属离子以沉淀物的形式在负极表面上生成时，其引起负极电位的增加和电芯开路电压下降(OCV)，导致诸如寿命和高温安全性降低等问题。
[0005]同时，在锂二次电池中，锂金属氧化物用作正极活性材料，而锂金属、锂合金、结晶或无定形碳、或碳复合物用作负极活性材料。二次电池通过以下方式制造：将活性材料涂覆在集流体上以具有适当的厚度和长度，或将活性材料涂覆为膜状并与作为绝缘体的隔膜一起卷绕或堆叠，从而形成电极组件，将所得电极组件放入罐或与其类似的容器中，并注入电解质。
[0006]这种锂二次电池通过锂离子在正极的锂金属氧化物和作为负极的石墨电极之间重复嵌入和脱嵌来充电/放电。这里，由于锂具有强反应性，其与碳电极反应产生Li2CO3、LiO或LiOH，从而在负极表面上形成涂膜。该涂膜被称为固体电解质界面(SEI)膜，并且在充电开始时形成的SEI膜防止锂离子与碳负极或其它材料之间的反应。此外，SEI膜充当仅使锂离子通过的离子隧道。该离子隧道允许锂离子的溶剂化，因此一起迁移的大分子量的电解质有机溶剂被共同嵌入以阻止碳负极结构的塌陷。
[0007]因此，为了改善锂二次电池的高温循环特性，需要在锂二次电池的负极上形成耐久的SEI膜。一旦在初始充电中形成，SEI膜就会在使用电池时的重复充电/放电中防止锂离子与负极或其它材料之间的反应，并且在电解质与负极之间充当仅使锂离子通过的离子隧道。
[0008]然而，在不包含电解质添加剂或包含特性不佳的电解质添加剂的电解质的情况下，由于形成不均匀的SEI膜，因此难以预期输出特性的改善。此外，当包含电解质添加剂的电解质的量未被调节至所需量时，由于该电解质添加剂而存在如下问题：在电解质的高温反应或氧化反应期间正极的表面分解，最终导致二次电池的不可逆容量的增加以及输出特性的劣化。
[0009]因此，需要开发一种化合物，其能够通过在负极上形成耐久的SEI涂膜而改善整体电池性能，例如高倍率充电/放电特性、高温性能特性和寿命特性，并且能够用作电解质添加剂以减少在高温下产生的气体量。

技术实现思路

[0010][技术问题][0011]因此，本专利技术涉及提供一种电解质组合物以及包含该电解质组合物的锂二次电池，所述电解质组合物在本专利技术的电极的表面上形成涂膜，因此能够增强锂二次电池的高倍率充电/放电特性，能够改善高温储存特性和寿命特性，并且能够减少产生的气体量。
[0012][技术方案][0013]为了解决上述问题，本专利技术的一个实施方式提供了一种电解质组合物，该电解质组合物包含：非水有机溶剂；锂盐；和包含下式1表示的化合物的添加剂：
[0014][式1][0015][0016]在式1中，
[0017]R1各自独立地为单键、具有1至10个碳原子的亚烷基或
[0018]R2各自独立地为包含2个碳原子的双键或三键，
[0019]R3各自独立地为氢或具有1至4个碳原子的烷基，
[0020]a为1至10的整数
[0021]具体地，R1可以各自独立地为单键、亚甲基、亚乙基、亚丙基或
[0022]R3可以各自独立地为氢或甲基，
[0023]a可以是1至5的整数。
[0024]在一个实例中，式1表示的化合物可以包括以下结构式1至8中的一种或多种化合物：
[0025][0026]此外，相对于电解质组合物的总重量，添加剂的存在量可以为0.01至5重量％。
[0027]此外，锂盐可以包括选自由LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB
10
Cl
10
、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、(CF3SO2)2NLi和(FSO2)2NLi组成的组中的一种或多种。
[0028]此外，非水有机溶剂可包括N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ
‑
丁内酯、1,2
‑
二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3
‑
二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯中的一种或多种。
[0029]此外，本专利技术的一个实施方式提供了一种锂二次电池，其包括：
[0030]电极组件，该电极组件包括正极、负极以及设置在正极与负极之间的隔膜，以及
[0031]电解质组合物，所述电解质组合物包含非水有机溶剂、锂盐和包含下式1表示的化合物的添加剂。
[0032][式1][0033][0034]在式1中，
[0035]R1各自独立地为单键、具有1至10个碳原子的亚烷基或
[0036]R2各自独立地为包含2个碳原子的双键或三键，
[0037]R3各自独立地为氢或具有1至4个碳原子的烷基，
[0038]a为1至10的整数。
[0039]此外，正极可包括正极集流体和形成在正极集流体上的正极混合物层，其中正极混合物层包含选自由下式2和3表示的锂金属氧化物中的一种或多种：
[0040][式2][0041]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
M
1v
]O2[0042][式3][0043]LiM
2p
Mn
(2
‑
p)
O4[0044]在式2和3中，
[0045]M1是选自W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B和Mo中的一种或多种元素，
[0046]x，y，z，w和v分别满足1.0≤x≤1.30，0.5≤y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】1.一种电解质组合物，其包含：非水有机溶剂；锂盐；和包含下式1表示的化合物的添加剂：[式1]其中，R1各自独立地为单键、具有1至10个碳原子的亚烷基或R2各自独立地为包含2个碳原子的双键或三键，R3各自独立地为氢或具有1至4个碳原子的烷基，a为1至10的整数。2.如权利要求1所述的组合物，其中，R1各自独立地为单键、亚甲基、亚乙基、亚丙基或R3各自独立地为氢或甲基，并且a是1至5的整数。3.如权利要求1所述的组合物，其中，所述式1表示的化合物包括以下结构式1至8中的一种或多种化合物：
4.如权利要求1所述的组合物，其中，相对于所述电解质组合物的总重量，所述添加剂的存在量为0.01至5重量％。5.如权利要求1所述的组合物，其中，所述锂盐包括选自由LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB
10
Cl
10
、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、(CF3SO2)2NLi和(FSO2)2NLi组成的组中的一种或多种。6.如权利要求1所述的组合物，其中，所述非水有机溶剂包括选自由N
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甲基
‑2‑
吡咯烷酮、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ
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丁内酯、1,2
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二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3
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二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3
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二甲基
‑2‑
咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯组成的组中的一种或多种。7.一种锂二次电池，其包括：电极组件，所述电极组件包括正极、负极以及设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，以及电解质组合物，所述电解质组合物包含非水有机溶剂、锂盐和包含下式1表示的化合物的添加剂：[式1]
其中，R1各自独立地为单键、具有1至10个碳原子的亚烷基或R2各自独立地为包含2个碳原子的双键或三键，R3各自独立地为氢或具有1至4个碳原子的烷基，a为1至10的整数。8.如权利要求7所述的电池，其中，所述正极包含：正极集流体；以及形成在所述正极集流体上的正极混合物层，其中，所述正极混合物层包含式2表示的锂金属氧化物、式3表示的锂金属氧化物或其组合：[式2]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w<...

【专利技术属性】
技术研发人员：安庆昊，李沅泰，韩俊赫，池守贤，李哲行，申元景，吴永豪，郑裕暻，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：