用于锂二次电池的电解质和包含所述电解质的锂二次电池的制作方法
【专利摘要】含硅酮的化合物为用于改善锂二次电池的高温寿命特性和/或高温稳定性的锂二次电池电解质的添加剂。锂二次电池的电解质包括所述含硅酮的化合物。锂二次电池包括所述电解质。还提供了制备所述含硅酮的化合物的方法。
【专利说明】用于锂二次电池的电解质和包含所述电解质的锂二次电池
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年7月8日向美国专利商标局提交的美国临时申请 61/843, 847的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003] 本发明中的一个或更多个实施方式涉及含硅酮的化合物、用于锂二次电池的电解 质、包含所述电解质的锂二次电池和制备所述含硅酮的化合物的方法。
【背景技术】
[0004] 锂二次电池可高倍率充电，并具有比常规铅储存电池（例如镍铬（Ni-Cd)电池、镍 氢电池和镍锌电池）高约三倍的能量密度。因此，存在涉及锂二次电池的越来越多的研究 和开发。
[0005] 通常，锂二次电池包括阴极、阳极、及布置在阴极和阳极之间的隔板、和电解质。电 解质用于在阴极和阳极之间传输锂离子。
[0006] 这些锂离子可通过与电子一起流动而保持电荷中性，并且可用作在电极中储存电 能的介质。因此，嵌入电极中的锂离子的量是重要的。因此，为获得高电池性能，期望具有 高离子传导性、高电化学稳定性和高热稳定性的电解质。
[0007] 随着近来对高能量密度锂二次电池的越来越多的需求（例如，用于电动汽车中）， 已经使用高压电极活性物质。通过使用低电位阳极活性物质和高电位阴极活性物质，电 解质的电化学稳定性的范围可比阳极活性物质和阴极活性物质之间的电位差更窄，并且因 此，锂二次电池会更易于在阴极和/或阳极的表面处分解（特别是在高温下）。用于电动汽 车和能量储存系统的锂二次电池更有可能暴露于高温环境下，并经受由快速充电和放电带 来的温度快速升高。这样的高温环境会减少电池的寿命和其中存储的能量的量。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的实施方式的方面，含硅酮的化合物被用作锂二次电池电解质中的添 加剂，以改善所述锂二次电池的高温寿命特性和高温稳定性。
[0009] 根据本发明的实施方式的方面，用于锂二次电池的电解质改善了锂二次电池的高 温寿命特性和高温稳定性。
[0010] 根据本发明的实施方式的方面，包含所述电解质的锂二次电池具有改善的高温寿 命特性和高温稳定性。
[0011] 本发明中的一个或更多个实施方式还涉及适于用作用于锂二次电池电解质的添 加剂的含硅酮的化合物及制备所述含硅酮的化合物的方法。
[0012] 根据本发明的实施方式，用于锂二次电池的电解质包括锂盐和由式1表示的含硅 酮的化合物：
[0013] 式1
【权利要求】
1. 一种用于锂二次电池的电解质，包括： 锂盐；和 由式1表示的包含硅酮的化合物： 〈式1> 其中：
X为氮或磷； 尺和札各自独立地选自由氢原子、羟基、氰基、-(?!￡、-(：( = 0)艮、-(：(=0)01^、-0(：(= 0)Ra、-0C( = 0) (0Ra)、-NRbR。、取代或未取代的C1至C6烷基、取代或未取代的C1至C6烷 氧基、取代或未取代的C2至C6烯基、取代或未取代的C2至C6炔基、取代或未取代的C3至 C12环烷基、取代或未取代的C6至C20芳基、取代或未取代的C6至C20芳氧基和取代或未 取代的C6至C20杂芳基组成的组中，其中，Rx为C1至C6烷基或C6至C20芳基； R2、R3 和 R4 各自独立地选自由氰基、-0Ry、-C ( = 0) Ra、-C ( = 0) 0Ra、-0C ( = 0) Ra、-0C (= 0) (0Ra)、-NRbR。、取代或未取代的Cl至C12烷基、取代或未取代的Cl至C12烷氧基、取代或 未取代的C2至C12烯基、取代或未取代的C2至C12炔基、取代或未取代的C3至C20环烷 基、取代或未取代的C6至C12芳基、取代或未取代的C6至C12芳氧基和取代或未取代的C6 至C12杂芳基组成的组中，其中，Ry为C1至C12烷基或C6至C12芳基； Ra选自由氢原子、未取代的C1至C10烷基、被卤素原子取代的C1至C10烷基、未取代 的C6至C12芳基、被卤素原子取代的C6至C12芳基、未取代的C6至C12杂芳基和被卤素 原子取代的C6至C12杂芳基组成的组中；并且 Rb和R。各自独立地选自由氢原子、未取代的C1至C10烷基、被卤素原子取代的C1至 C10烷基、未取代的C2至C10烯基、被卤素原子取代的C2至C10烯基、未取代的C3至C12 环烷基、被卤素原子取代的C3至C12环烷基、未取代的C6至C12芳基、被卤素原子取代的 C6至C12芳基、未取代的C6至C12杂芳基、被卤素原子取代的C6至C12杂芳基和-Si (Rd)3组成的组中，其中，-Si (Rd)3中的Rd为Cl至C10烷基， 并且其中，当R为〇&时：r2至r4全部相同； 或者R2至R4不完全相同，且其中的一个或更多个选自由氰基、-〇Ry、-C( = 0)Ra、-C(= 0)0Ra、-0C( = 0)Ra、-0C( = 0) (0Ra)、-NRbR。、取代或未取代的Cl至C12烷氧基、取代或未 取代的C2至C12烯基、取代或未取代的C2至C12炔基、取代或未取代的C3至C20环烷基、 取代或未取代的C6至C12芳基、取代或未取代的C6至C12芳氧基和取代或未取代的C6至 C12杂芳基组成的组中，其中，Ry为C1至C12烷基或C6至C12芳基；或者 馬至1?4不完全相同，且各自独立地选自由氰基、-01^、-(：( = 0)艮、-(：(=0)0艮、-0(：(= 0)Ra、-0C( = 0) (0Ra)、-NRbR。、一级取代或未取代的C1至C12烷基、二级取代或未取代的C1 至C12烷基、取代或未取代的Cl至C12烷氧基、取代或未取代的C2至C12烯基、取代或未 取代的C2至C12炔基、取代或未取代的C3至C20环烷基、取代或未取代的C6至C12芳基、 取代或未取代的C6至C12芳氧基和取代或未取代的C6至C12杂芳基组成的组中，其中，Ry为Cl至C12烷基或C6至C12芳基。
2. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，X为氮。
3. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，R、&、R2、R3或R4中的一个或 更多个为被取代的基团，所述被取代的基团的取代基选自由卤素原子、被卤素原子取代的 C1至CIO烧基、轻基、硝基、氛基、氣基、脉基、餅基、踪基、竣基或其盐，横酸基或其盐、憐酸 基或其盐、C1至C10烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基和C1至C10杂烷基组成的组中。
4. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中： X为氣； R和Ri各自独立地选自由C1至C6烷基和被一个或更多个卤素原子取代的C1至C6烷 基组成的组中；并且 R2、R3和R4各自独立地选自由C1至C12烷基、被一个或更多个卤素原子取代的C1至 C12烷基、C2至C12烯基及被一个或更多个卤素原子取代的C2至C12烯基组成的组中。
5. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，R、凡、R2、R3或R4中的一个或 更多个包括烯基。
6. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，R、&、R2、R3或R4中的一个或 更多个为吸电子基团。
7. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，R、&、R2、R3或R4中的一个或 更多个被氟原子取代。
8. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，R、&、R2、R3或R4中的一个或 更多个为全氟化的烷基。
9. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，R、&、R2、R3或R4中的一个或 更多个选自由直链Cl至C3烷基、Cl至C3烯基、被一个或更多个卤素原子取代的Cl至C3 烷基和被一个或更多个卤素原子取代的C1至C3烯基组成的组中。
10. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，由式1表示的所述含硅酮的 化合物选自由化合物1至4组成的组中： 4
〇
11. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，基于所述电解质的总重，由 式1表示的所述含硅酮的化合物在所述电解质中的含量为0. oiwt%至25wt%。
12. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，所述锂盐包括LiPF6。
13. 如权利要求12所述的用于锂二次电池的电解质，进一步包括LiP02F2。
14. 如权利要求13所述的用于锂二次电池的电解质，其中，基于所述电解质的总重，所 述LiP02F2在所述电解质中的含量为0. Olwt%至15wt%。
15. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，其中，所述锂盐在所述电解质中的 浓度为〇. 1M至2. 0M。
16. 如权利要求1所述的用于锂二次电池的电解质，进一步包括无水有机溶剂。
17. -种锂二次电池，包括： 如权利要求1至16中任一项所述的电解质； 包括能够嵌入和脱嵌锂的阴极活性物质的阴极；和 包括能够嵌入和脱嵌锂的阳极活性物质的阳极。
18. 如权利要求17所述的锂二次电池，进一步包括在所述阳极表面上的固体电解质界 面SEI层，所述固体电解质界面SEI层包括由式1表示的所述含硅酮的化合物的反应产物。
19. 如权利要求18所述的锂二次电池，其中，所述固体电解质界面SEI层具有0. lnm至 100nm的厚度。
20. 如权利要求17所述的锂二次电池，其中，所述电解质包括PF5-酰胺复合物，并且， 其中所述复合物中的酰胺从由式1表示的所述含硅酮的化合物裂解。
【文档编号】H01M10/0525GK104282940SQ201410318679
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】弗拉基米尔·叶戈罗夫, 申又澈, 金秀珍, 禹明希, 车始英, 朴慧珍 申请人:三星Sdi株式会社