非水性电解液与包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种具有改善的高温稳定性和高温耐久性的非水性电解液；以及包含其的锂二次电池。本发明专利技术的非水性电解液可以包含锂盐、非水性有机溶剂和具有特定结构的化学式1表示的化合物。的化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水性电解液与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2021年8月26日在韩国提交的韩国专利申请10
‑
2021
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0113470号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
[0003]本专利技术涉及一种具有改善的高温稳定性和高温耐久性的非水性电解液；本专利技术还涉及一种包含其的锂二次电池。

技术介绍

[0004]随着个人IT设备和计算机网络近年来的发展，以及随着信息社会的发展并伴随整个社会对电能的依赖性增加，对高稳定性锂离子二次电池的需求正在逐渐增长。
[0005]锂离子二次电池是二次电池技术中理论能量密度最高的电池系统，其中，其优势在于可以应用于各种设备并可以小型化以适用于个人IT设备。
[0006]锂离子二次电池由包含含锂过渡金属氧化物形成的正极活性材料的正极、能够储存锂的负极活性材料(例如碳基材料)形成的负极、作为传输锂离子的介质的非性水电解液和隔膜组成。
[0007]在锂二次电池中，在首次充电期间，锂离子从正极活性材料(例如锂金属氧化物)迁移到负极活性材料从而嵌入负极活性材料的层间。在此情况下，由于锂离子具有很强的反应性，因此电解液组合物和构成负极活性材料的材料在负极活性材料的表面上反应，从而在负极活性材料表面形成SEI(固体电解质界面)膜，即一种保护膜。
[0008]SEI膜防止了分子量大的有机溶剂分子嵌入负极活性材料的层间所导致的负极结构破坏，其中有机溶剂分子与锂离子在电解液组合物中共同迁移。因此，通过阻止电解液组合物与负极活性材料之间的接触，电解液组合物就不会发生分解，且可逆地保持电解液组合物中的锂离子含量以维持稳定的充放电。于是，对用于在负极表面上形成稳定SEI膜的添加剂的兴趣正在增加。
[0009]近来，作为负极活性材料的组分，出现了硅基负极活性材料，由于它比石墨具有更高的理论容量，因此可以实现高能量密度。
[0010]然而，对于硅基负极活性材料，由于反复充放电，活性材料颗粒会发生严重的体积变化，从而导致负极表面上生成的SEI膜出现裂纹。因为这些裂纹，负极的新表面持续地暴露于电解液，因此可形成厚而不稳定的膜，且具有不稳定结构的膜可降低稳定性，特别是高温稳定性。
[0011]因此，需要开发一种非水性电解液，其能够形成具有高温耐久性的稳定的SEI膜来代替由常规的碳酸酯类有机溶剂形成的SEI膜。

技术实现思路

[0012]技术问题
[0013]本专利技术的一个方面提供了一种能够在硅基负极表面上形成稳定的膜的非水性电
解液。
[0014]本专利技术的另一个方面提供了一种锂二次电池，其通过包含上述非水性电解液而提高了高温稳定性和高温耐久性。
[0015]技术方案
[0016]根据本专利技术的一个方面，提供了一种非水性电解液，其包含：
[0017]锂盐；
[0018]非水性有机溶剂；以及
[0019]化学式1表示的化合物：
[0020][化学式1][0021][0022]在化学式1中，
[0023]R1是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至5个碳原子的烷基，或是
‑
OR3(R3是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至5个碳原子的烷基)，
[0024]R2是包含至少一个氮原子的具有2至8个碳原子的杂环烯基，或是
‑
C(O)
‑
R4(R4是包含至少一个氮原子的具有2至8个碳原子的杂环烯基)。
[0025]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种锂二次电池，其包含正极、负极、设置于正极和负极之间的隔膜，以及本专利技术的非水性电解液。
[0026]有利效果
[0027]包含于本专利技术中的非水性电解液中的化学式1表示的化合物是在其结构中包含至少一个氮原子和氟原子的化合物，其中该化合物中的氮原子可以作为路易斯碱有效地清除作为电解质分解产物的路易斯酸，而氟原子可以还原分解以在负极表面上产生稳定的含LiF的膜。因此，若使用包含化学式1的化合物的本专利技术的非水性电解液，可以实现具有改善的高温稳定性和高温耐久性同时初始电阻满足一定水平的锂二次电池。
具体实施方式
[0028]在下文中，会更详细地阐述本专利技术。
[0029]应当理解的是，说明书和权利要求中使用的词语或术语不应解释为在常用词典中定义的含义。应当进一步理解的是，基于专利技术人可以适当定义词语或术语的含义以最好地解释专利技术的原则，这些词语或术语应解释为具有与其在相关
中和在本专利技术的技术理念中相一致的含义。
[0030]并且，本说明书中使用的术语仅用于描述示例性实施方式，但不旨在限制本专利技术。除非表示相反的含义，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
[0031]在描述本专利技术之前，应当进一步理解，术语“包括”、“包含”或“具有”在本说明书中指定了所陈述的特征、数字、步骤、要素或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个
其它特征、数字、步骤、要素或其组合。
[0032]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碳原子的烷基”表示包含1至5个碳原子的烷基，即
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CH3、
‑
CH2CH3、
‑
CH2CH2CH3、
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CH(CH3)CH3以及
‑
CH(CH3)CH2CH3。
[0033]另外，除非在具体说明中另有定义，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，例如被具有1
‑
6个碳原子的烷基或氟取代。
[0034]非水性电解液
[0035]根据一个实施方式，本专利技术提供了一种非水性电解液。
[0036]所述非水性电解液包含：
[0037]锂盐；
[0038]非水性有机溶剂；以及
[0039]以下化学式1表示的化合物。
[0040][化学式1][0041][0042]在化学式1中，
[0043]R1是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至5个碳原子的烷基，或是
‑
OR3(R3是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至5个碳原子的烷基)，
[0044]R2是包含至少一个氮原子的具有2至8个碳原子的杂环烯基，或是
‑
C(O)
‑
R4(R4是包含至少一个氮原子的具有2至8个碳原子的杂环烯基)。
[0045](1)锂盐
[0046]首先，锂盐将如下描述。
[0047]作为锂盐，可以使用任何常用于锂二次电池电解液中的锂盐而不受限制，例如，锂盐可以包含Li
+
作为阳离子，并作为阴离子可以包含选自F
‑
、Cl
‑
、Br
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非水性电解液，其包含：锂盐；非水性有机溶剂；以及化学式1表示的化合物，[化学式1]其中，在化学式1中，R1是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至5个碳原子的烷基，或是
‑
OR3，其中R3是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至5个碳原子的烷基，R2是包含至少一个氮原子的具有2至8个碳原子的杂环烯基，或是
‑
C(O)
‑
R4，其中R4是包含至少一个氮原子的具有2至8个碳原子的杂环烯基。2.如权利要求1所述的非水性电解液，其中，在化学式1中，R1是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至3个碳原子的烷基，或是
‑
OR3，其中R3是不具有取代基或取代有至少一个氟元素的具有1至3个碳原子的烷基，并且R2是包含至少一个氮原子的具有2至6个碳原子的杂环烯基，或是
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C(O)
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R4，其中R4是包含至少一个氮原子的具有2至6个碳原子的杂环烯基。3.如权利要求1所述的非水性电解液，其中，在化学式1中，R1是选自
‑
CH3、
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CF3、
‑
OCH3和
‑
OCF3中的至少一种，R2是选自中的至少一种。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正友，赵允教，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：