锂二次电池用电解液及包括该电解液的锂二次电池的制作方法_2

文档序号:9423038阅读:来源:国知局
乙酸结合变弱,导致电池内 产生副反应,高溫存储效率及低溫放电效率变低,而且长时间放置在高溫环境时,电池厚度 的增加率会增加。但是,本发明的二次电池用电解液由于包括两边引入了=取代的娃氧基 和腊基的线型脂肪族碳氨化合物,即,在高电压下包括稳定的娃(Si)-氧(0)结合,抑制电 池内的副反应,由此电解液在高电压状态下被氧化/分解,电池溶胀的现象(swelling)被 显著改善,从而不仅显示优异的高溫存储特性,在低溫下也显示优异的放电特性。
[0043] 本发明的一个实施例的高电压裡二次电池用电解液中,所述化学式1中的R產R3 分别为甲基、乙基、丙基、下基、戊基、己基或庚基,所述L为乙締、丙締、下締、戊締、己締、庚 締、辛締、壬締或癸締,所述L的乙締、丙締、下締、戊締、己締、庚締、辛締、壬締或癸締可分 别通过选自由甲基、乙基、丙基、下基及戊基组成的群的一种W上的取代基进一步取代,最 优选地,可从W下结构的娃氧基下腊化合物中选择。
[0044]
柳例所述R產R9分别为氨、甲基、乙基、丙基、下基或戊基。
[0046] 在所述化学式I中,W所述二次电池用电解液总重量计,本发明的一个实施例的 高电压裡二次电池用电解液的娃氧基下腊化合物,可包含1至20重量%,更为优选地包含 1至15重量%。若所述化学式1的娃氧基下腊化合物的含量小于1重量%,则在高溫存储 过程中不会显示如抑制电池溶胀的现象或改善容量维持率的效果不明显等的添加效果,并 且裡二次电池的放电容量或输出等的提高效果不明显,若含量超过20重量%,则会发生急 剧的寿命劣化等,反而会降低裡二次电池的特性。
[0047] 本发明的实施例的高电压裡二次电池用电解液中,所述电解液是用于增加电池寿 命的寿命增加添加剂,可进一步包括选自由草酸棚酸裡化合物、由氣取代的碳酸盐化合物、 亚乙締基碳酸盐化合物及含有亚硫酷基的化合物组成的群的一种或两种W上的添加剂。
[0048] 所述草酸棚酸裡化合物可W为通过化学式2表示的化合物或二草酸棚酸裡 化 16也〇4)2,LiBOB)。 W例[化学式引 阳化0]
[005U 所述化学式2中,R。及R12分别为面素或被面化的Cl至ClO的烷基。
[0052] 所述草酸棚酸裡基添加剂可具体举例为LiB佑2〇4) Fz(二氣草酸棚酸裡,LiFOB)或 LiB(C2〇4)2(二草酸棚酸裡,LiBOB)等。
[0053]所述由氣元素取代的碳酸盐化合物可W是氣代碳酸乙締醋(FEC)、二氣乙締碳酸 醋值FEC)、氣代碳酸二甲醋(抑MC)、甲基氣乙基碳酸醋(阳MC)或者其组合物。
[0054]所述碳酸亚乙締化合物可W是碳酸亚乙締醋(VC)、乙締碳酸乙締醋(VEC)或者其 混合物。
[0055] 所述含有亚硫酷基(S= 0)的化合物可W是讽、亚硫酸盐、横酸盐及横内醋(环横 酸盐),运些化合物可W单独或者混合使用。具体地,所述讽可通过W下化学式3来表示,且 可W是二乙締讽(diving SUl化ne)。所述亚硫酸盐可通过W下化学式4来表示,且可W是 亚硫酸乙締(eth}dene sulfite)、硫化丙締(propylene sulfite)。横酸盐可通过W下化 学式5来表示,且可W是締丙基横酸钢(diallyl sulfonate)。而且,横内醋可非限定地举 例为乙烧横内醋、丙烷横内醋(propane sulton)、下烧横内醋化Utane sulton)、乙締横内 醋、下締横内醋、丙締横内醋(propene sultone)等。
[0056][化学式引
[0057] 阳05引[化学式"
[0059] W60][化学式5]
[0061]
[0062] 上述化学式3、4及5中,R13和R14分别为氨、面素、Cl-ClO的烷基、C2-C10的链 締基、面被取代的Cl-ClO的烷基或由面取代的C2-C10的链締基。
[0063] 更优选地,本发明的一个实施例的高电压裡二次电池用电解液进一步包括 选自由二氣草酸棚酸裡化iFOB)、二草酸棚酸裡化iB(C2〇4)2,LiBOB)、氣代碳酸乙締醋 (阳C)、碳酸亚乙締醋(VC)、乙締碳酸乙締醋(VEC)、二乙締讽(divingSiil化ne)、亚硫 酸乙締(eth}denesulfite)、硫化丙締(propylenesulfite)、締丙基横酸钢(diall}d sulfonate)、乙烧横内醋、丙烷横内醋(propanesulton,PS)、下烧横内醋化Utane sulton)、乙締横内醋、下締横内醋及丙締横内醋(propenesultone,PR巧组成的群的添加 剂。
[0064] 本发明的一个实施例的高电压裡二次电池用电解液中的所述添加剂的含量并未 特别限定,但为了提高电池寿命,W电解液总重量计,其在二次电池电解液中的含量可为 0.1至5重量%,更优选为0.1至3重量%。 W65] 本发明的一个实施例的高电压裡二次电池用电解液中的所述非水性有机溶剂可 含有碳酸盐、醋或酬或其混合溶液,优选地从环状碳酸醋溶剂、线状碳酸醋溶剂及其混合溶 液中选择,更优选地将环状碳酸醋溶剂、线状碳酸醋溶剂混合使用。由于所述环状碳酸醋溶 剂的极性大,能够充分地溶解裡离子,相反,由于其粘度高,具有离子导电性低的缺点。因 此,通过将极性低但粘度低的线状碳酸醋混合到所述环状碳酸醋溶剂中来使用,从而能够 优化裡二次电池的特性。
[0066] 所述环状碳酸醋溶剂可选自由碳酸乙締醋、碳酸丙締、二醇碳酸醋、碳酸亚乙締 醋、乙締基醋、氣代碳酸乙締醋及其混合物组成的群,所述线状碳酸醋溶剂可选自由碳酸二 甲醋、碳酸二乙醋、碳酸二丙醋、碳酸乙醋、甲基丙基碳酸醋、甲基异丙基碳酸醋、碳酸乙丙 醋及其混合物组成的群。
[0067] 本发明的一个实施例的高电压裡二次电池用电解液的所述非水性有机溶剂为环 状碳酸醋溶剂、线状碳酸醋溶剂,而线状碳酸醋溶剂与环状碳酸醋溶剂的混合容积比可为 1:1至9:1,更优选地W 1. 5:1至4:1的容积比混合而使用。
[0068] 本发明的一个实施例的高电压裡二次电池用电解液的所述裡盐并未被限定,可选 自由六氣憐酸裡化iPFe)、四氣棚酸裡化iBF4)、高氯酸裡化iCl〇4)、六氣錬酸裡化i訊Fe)、 六氣合神酸裡化iAsFe)、LiN(SO2C2F5)2、二(S氣甲基横酷)亚胺裡化iN(CF3SO2)2)、 LiN(S〇3C2F5)2、l,3-二氧戊环基化iCFsSOs)、LiC4F9S〇3、LiC品SO3、硫氯酸裡化iSCN)、侣酸裡 (LiAl〇2)、四氯侣裡化iAlCl4)、氣代横酷亚胺裡化iN(CxF2wS〇2) (CyF2wS〇2))(其中X和y 是自然数)、氯化裡化iCl)、舰化裡(LiI)及LiB(C2〇4)2组成的群的一种或两种W上的化合 物。 W例优选地,所述裡盐在0. 1至2.OM的浓度范围内使用,更为优选地,在0. 7至1. 6M浓度范围内使用。当裡盐的浓度小于0.IM时,由于电解液的导电性降低,电解液的性能下 降,而当超过2.OM时,由于电解液的粘度增加,具有裡离子的移动性降低的问题。所述裡盐 在电池内起到裡离子的供给来源的作用,从而能够实现裡二次电池的基本运行。 阳070] 本发明的高电压裡二次电池用电解液一般在-20°C~60°C的溫度范围内较稳定, 而且在4. 4V的电压下维持电化学方面的稳定性能,因此,可适用于裡离子电池及裡聚合物 电池等所有的裡二次电池。
[0071] 而且,本发明提供一种包含所述高电压裡二次电池用电解液的高电压裡二次电 池。
[0072] 所述二次电池的非限定的例为裡金属二次电池、裡离子二次电池、裡聚合物二次 电池或裡离子聚合物二次电池等。
[0073] 通过本发明的高电压裡二次电池用电解液所制造的高电压裡二次电池显示70% W上的低溫放电效率及75%W上的高溫存储效率,同时在高溫下长时间放置时具有电池厚 度的增加率为4~14%的非常低的特征。
[0074] 本发明的高电压裡二次电池包括正极和负极。
[00巧]正极可含有能够嵌入及脱嵌裡离子的正极活性物质,运种正极活性物质优选为从 钻、儘、儀中选择的至少一种元素和裡的复合金属氧化物。金属之间的使用率可通过多种方 式构成,除了所述金属之外,还可包含选自由儀(Mg)、侣(Al)、钻(Co)、钟化)、钢(化)、巧 (Ca)、娃(Si)、铁灯i)、锡(Sn)、V(饥)、错(Ge)、嫁(Ga)、棚度)、神(As)、Zr、儘(Mn)、铭 (化)、铁(Fe)、锁(Sr)、饥(V)及稀±元素组成的群的元素。所述正极活性物质的具体例为 可使用由W下化学式中的任一化学式来表示的化合物:
[0076]LiaAibBbDz(其式中,0. 90《a《1.8W及0《b《0.W;LiaEibBb〇2cDc(其式 中,0. 90《a《I. 8,0《b《0. 5,0《C《0. 05) ;LiE2bBb〇4cDc(其式中,0《b《0. 5, 0《C《0. 05);LiaNiibcCobBcD。(其式中,0. 90《a《1. 8,0《b《0. 5,0《C《0. 05, 0<a;LiaNiibcC〇bBc〇2uF。(其式中,0. 90《a《 1.8,0《b《0. 5,0《c《0. 05, 0<a ;LiaNiibcC〇A〇2。尸2(其式中,0. 90《a《 1.8,0《b《0. 5,0《c《0. 05, 0 <a<。;LiaNiibcMribBcD。(其式中,0. 90《a《I. 8,0《b《0. 5,0《C《0. 05,0 < 曰《。;LiaNiibcMnA〇2uF。(其式中,0. 90《a《I. 8,0《b《0. 5,0《C《0. 05, 0<a ;LiaNiibcMnbBc〇2。尸2(其式中,0. 90《a《 1.8,0《b《0. 5,0《c《0. 05, 0 <a<。;LiaNibEcGd〇2(其式中,0. 90《a《I. 8,0《b《0. 9,0《C《0. 5, 0. 001《d《0.I) ;LiaNibC〇cMndGe〇2(其式中,0. 90《a《 1.8,0《b《0. 9,0《c《0. 5, 0《d《0. 5,0.OOl《e《0.I) ;LiaNiGb〇2(其式中,0. 90《a《I. 8,0.OOl《b《0.I); LiaCoGb〇2(其式中,0. 90《a《 1.8,0. 001《b《0.I) ;LiaMnGb〇2(其式中,0. 90《a《 1.8, 0. 001《b《0.I
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