专利名称：非水电解质和使用该非水电解质的锂二次电池的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及用于锂二次电池的非水电解质，其包括ー种杂多环化合物(hetero polycyclic compound),并涉及使用该非水电解质的锂二次电池。
背景技术：
近年来，对于储能技术的兴趣持续增长。由于储能技术的应用领域已延伸至移动电话、可携式摄像机、笔记本电脑甚至电动车，对作为用于这些电子设备的能量源的高能量密度电池的需求不断增长。为满足这种需求，对锂二次电池的研究正积极进行。开发于1990年代早期的锂二次电池由以下构成能够嵌入和脱嵌锂离子的碳基材料的阳极、含有锂的氧化物的阴极以及含有合适量的溶解于混合有机溶剂中的锂盐的非水电解质。锂二次电池的平均放电电压为约3. 6至3. 7V，高于碱性电池、镍镉电池等的放电电压。对于这种高工作电压，要求ー种在(Γ4. 2V的充电/放电范围内化学稳定的电解质组合物。为此，使用ー种混合溶剂作为电解质的溶剂，所述溶剂中合适地混合了ー种环状碳酸酷化合物(如碳酸亚こ酯和碳酸亚丙酷)和一种线性碳酸酯化合物(如碳酸ニ甲酷、碳酸こ基甲酯和碳酸ニこ酷)。电解质的溶质通常使用锂盐如LiPF6、LiBF4、LiC104等，其在电池中用作锂离子源并因此能够使锂电池运行。在锂二次电池的初始充电阶段，从阴极活性材料(如锂金属氧化物)发射出的锂离子迁移至阳极活性材料(如石墨)并嵌入该阳极活性材料层之间。此时，由于锂具有很强的反应性，所述电解质在阳极活性材料(如石墨)的表面与阳极活性材料的碳反应，从而生成化合物如Li2CO3,Li2O和Li20H。这些化合物在阳极活性材料(如石墨)的表面形成ー种SEI(固体电解质界面)层。SEI层起离子通道的作用并且仅允许锂离子通过。由于离子通道效应，SEI层阻止了有机溶剂分子——其与电介质中的锂离子一起移动并具有大的分子量——嵌入阳极活性材料层之间并因此破坏阳极结构。因此，由于阻止了电解质和阳极活性材料之间的接触，电解质未被解离，而可逆地維持了电解质中的锂离子的量，从而确保了稳定的充电/放电。但是，在SEI层形成反应过程中，由于碳酸酯基溶剂分解所产生的气体，如C0、C02、CH4和C2H6,电池厚度在充电时可能会增加。另外，当电池在高温下在完全充电状态长期放置时，随着时间流逝，SEI层由于电化学能和热能的増加会缓慢坍塌，这导致在阳极的暴露的表面和周围的电解质之间持续地发生副反应。由于气体的持续产生，电池的内压增加，导致电池的厚度増加，造成在使用所述电池的设备如手机和笔记本电脑中出现问题。換言之，当电池长期放置时高温稳定性较差。另外，上述由内压增加导致的问题在含有大量的碳酸亚こ酯的通用锂二次电池中更严重，因为其SEI层不稳定。另外，由于碳酸亚こ酯具有37至39°C的高凝固点，使其在室温下为固态，含有大量碳酸亚こ酯的锂二次电池由于在低温下的低离子导电性而具有较差的低温导电性。为解决这ー问题，人们做了许多研究，以改变碳酸酯有机溶剂中的溶剂组分的组合物或通过混合ー种特殊的添加剂改变SEI层形成反应的情況。然而，正如现有技术所知的，在改变溶剂组分或向电解质中加入ー种特殊的化合物以改进电池性能的情况中，虽然某些特征得到改善，但其他特征反而退化了。因此，迫切需要开·发ー种非水电解质组合物，其能够使锂二次电池具有良好的循环特性、良好的低温放电特性和良好的高温放电特性，以及优良的高倍率充电/放电特性。
发明内容
本文g在解决所述现有技术中的问题，因此本文的ー个目的是提供一种用于具有改进的高温循环特性的锂二次电池的非水电解质，以及使用所述非水电解质的锂二次电池。在一方面，本文提供了ー种用于锂二次电池的非水电解质，其包括ー种电解质盐和ー种有机溶剂，其中所述非水电解质还包括ー种由以下化学式表示的杂多环化合物化学式I
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Iちト卜1 ReRe其中XpX2和X3独立地为ー个碳原子或氮原子,其中XpX2和X3的至少ー个为氮，其中も、R3和R5独立地为ー个取代基，选自氢原子、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的杂芳氧基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烷氧基、卤素和硝基，其中，在X1、X2和X3为碳的情况中，R2、R4和R6独立地为ー个取代基，选自氢原子、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的烧氧基、齒素和硝基，其中，在Xp X2和X3为氮的情况中，R2、R4和R6分别代表ー对未共用电子对，且其中H R3, R4, R5和R6能够稠合形成环。在另一方面，本文提供了ー种锂二次电池，其包括ー个具有一个阳极和一个阴极的电极组，和一种非水电解质，其中非水电解质是上述用于锂二次电池的非水电解质。根据本发明，通过使用具有包含杂多环化合物的非水电解质的锂二次电池，可以抑制电池容量由于高温充电/放电而下降，改善电池的高温寿命特性，并阻止由于电解质的老化特性而导致的容量下降。因此，可改善二次电池的寿命特性和稳定性。
本发明的其他目的和方面将从參考附图的对实施方案的说明中变得清楚，其中图I是展示根据实施例2-1至2-12和对比实施例2_1至2_2制备的锂二次电池的高温寿命特性的图表。
具体实施例方式下文中，将參考附图详细阐述本发明的优选实施方案。在描述前，应理解的是说明书和所附权利要求中所用的术语不应解释为限制于常用的和字典的含义，而应当基干与本发明的技术方面相对应的含义和概念，根据允许发明人对术语作适当定义以求最好解释的原则进行解释。根据本发明的一个实施方案，ー种用于锂二次电池的非水电解质还包括一种由以下化学式I表示的杂多环化合物化学式I
权利要求
1.一种用于锂二次电池的非水电解质，其包括一种电解质盐和一种有机溶剂， 其中所述非水电解质还包含一种由以下化学式I表示的杂多环化合物 化学式I
2.权利要求I的用于锂二次电池的非水电解质，其中由化学式I表示的杂多环化合物具有至少两个稠合的环，或至少两个通过单键、氧或硫连接的环。
3.权利要求I的用于锂二次电池的非水电解质，其中由化学式I表示的杂多环化合物为至少一种由以下化学式2至4表示的化合物 化学式2
4.权利要求3的用于锂二次电池的非水电解质，其中由化学式2表示的杂多环化合物为一种由以下化学式5至15表示的化合物 [化学式5][化学式6][化学式7] [化学式8][化学式9][化学式10] [化学式11][化学式12][化学式13]
5.权利要求3的用于锂二次电池的非水电解质，其中由化学式3表示的杂多环化合物为一种由以下化学式16至20表示的化合物 [化学式16][化学式17][化学式18]
6.权利要求3的用于锂二次电池的非水电解质，其中由化学式4表示的杂多环化合物为一种由以下化学式21至31表示的化合物 [化学式21][化学式22][化学式23]
7.权利要求3的用于锂二次电池的非水电解质，其中杂多环化合物的含量为O.05至20重量份，基于100重量份的非水电解质计。
8.权利要求I的用于锂二次电池的非水电解质，其中电解质盐是一种锂盐。
9.权利要求8的用于锂二次电池的非水电解质，其中锂盐的阴离子选自F_、Cl_、Br_、I_、NO3'N (CN)2'BF4'ClO4'PF6' (CF3)2PF4' (CF3)3PF3' (CF3)4PF2' (CF3)5PF' (CF3) 6P'CF3SO3'CF3CF2SO3' (CF3SO2)2N' (FSO2)2N' CF3CF2(CF3)2CO' (CF3SO2)2CH' (SF5)3C' (CF3SO2)3C'CF3 (CF2) 7S03\ CF3CO2' CH3CO2' SCN-和(CF3CF2SO2)具。
10.权利要求I的用于锂二次电池的非水电解质，其中有机溶剂包括选自线性碳酸酯、环状碳酸酯、醚、酯和酰胺的任意一种或其混合物。
11.权利要求10的用于锂二次电池的非水电解质，其中线性碳酸酯包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸甲基丙酯和碳酸乙基丙酯的任何一种，或其混合物。
12.权利要求10的用于锂二次电池的非水电解质，其中环状碳酸酯包括选自碳酸亚乙酯 碳酸亚丙酯、碳酸1，2-亚丁酯、碳酸2，3-亚丁酯、碳酸1，2-亚戊酯、碳酸2，3-亚戊酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯的任何一种，或其卤化物及其混合物。
13.权利要求10的用于锂二次电池的非水电解质，其中醚包括选自二甲醚、二乙醚、二丙醚、甲基乙醚、甲基丙醚和乙基丙醚的任何一种，或其混合物。
14.权利要求I的用于锂二次电池的非水电解质，其中非水电解质还包括选自环状亚硫酸酯、饱和磺内酯、不饱和磺内酯和非环状砜的任意一种，或其混合物。
15.一种锂二次电池，包含 一个具有一个阳极、一个阴极和一个插入阳极和阴极之间的隔膜的电极组；和 一种注射到电极组中的非水电解质， 其中所述非水电解质是权利要求I中定义的用于锂二次电池的非水电解质。
16.权利要求15的锂二次电池，其中阳极具有一个阳极活性材料层，所述层包括锂金属、碳材料、金属化合物或其混合物。
17.权利要求16的锂二次电池，其中金属化合物是含有任意一种选自Si、Ge、Sn、Pb、P、Sb、Bi、Al、Ga、In、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Mg、Sr 和 Ba 的金属元素或其混合物的化合物。
18.权利要求15的锂二次电池，其中阴极具有一个包含含锂氧化物的阴极层。
19.权利要求18的锂二次电池，其中含锂氧化物是一种含锂过渡金属氧化物。
20.权利要求19的锂二次电池，其中含锂过渡金属氧化物选自LiCo02、LiNiO2,LiMnO2'LiMn2O4'Li (NiaCobMnc) O2 (0〈a〈l, 0〈b〈l, 0〈c〈l, a+b+c=l)、LiNihyCoyO2'LiCOl_yMny02、LiNi1^yMnyO2 (0 ( y〈l)、Li (NiaCobMnc) O4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2_zNiz04、LiMn2_zCoz04 (0〈z〈2)、LiCoPO4 和 LiFePO4,或其混合物。
全文摘要
公开了一种用于锂二次电池的含有一种杂多环化合物的非水电解质以及使用所述非水电解质的锂二次电池。
文档编号H01M10/42GK102856585SQ20121022905
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月2日 优先权日2011年7月1日
发明者俞成勋, 梁斗景, 全钟昊, 曹旼廷 申请人:株式会社Lg化学