用于可充电锂电池的电解液及可充电锂电池的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2009年9月24日、申请号为200910177616. 5、题为"用于可充 电锂电池的电解液及可充电锂电池"的专利申请的分案申请。
[0002] 本申请要求于2009年4月1日提交到韩国知识产权局的第10-2009-0028104号 韩国专利申请的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
[0003] 本公开涉及一种包含添加剂的可充电锂电池的电解液及一种包含该电解液的可 充电锂电池。
【背景技术】
[0004] 锂可充电电池作为小型便携式电子设备的电源最近已引起注意。锂可充电电池使 用有机电解液溶液，从而具有两倍于使用碱性水溶液的传统电池的放电电压，因此具有高 的能量密度。
[0005] 对于可充电锂电池的负极活性材料，已经使用了各种碳类物质例如人工石墨、天 然石墨、硬碳，这些负极活性材料都能嵌入和脱嵌锂离子。
[0006] 对于可充电锂电池的正极活性材料，已经研究了作为复合金属氧化物的氧族元素 化合物，例如LiCo02、LiMn204、LiNi02、LiNinCoxO2 (0〈x〈l)和LiMnO2等。
[0007] 对于电解液，已经使用了溶解在包括碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯等非 水溶剂中的锂盐。
[0008] 在可充电锂电池的初次充电过程中，从电池的锂过渡金属氧化物正极释放的锂离 子转移到碳负极，锂离子在碳负极中嵌入到碳中。由于锂的反应性高，所以锂与碳负极反应 生成Li2C03、LiO、LiOH等，从而在负极表面上形成薄膜。该膜被称为有机固体电解质界面 (SEI)膜。在初次充电过程中形成的有机SEI膜不但阻止（或防止）在充电和放电过程中 锂离子与碳负极或其它材料之间的反应，而且它还作为只允许锂离子通过的离子通道（ion tunnel)。该离子通道阻止（或防止）碳负极结构的瓦解，碳负极结构的瓦解引起在电解液 中具有高分子量的有机溶剂使锂离子溶剂化，并且该溶剂和溶剂化的锂离子共嵌入到碳负 极中。一旦有机SEI膜形成，锂离子不再与碳电极或其它材料反应，这样维持一定量的锂离 子可逆。
[0009] 然而，在有机SEI层形成反应的过程中，由于碳酸酯类有机溶液的分解，导致可能 发生在使用碳酸酯类有机溶液的电池内部产生气体的问题。根据使用的非水有机溶剂和负 极活性材料的类型，这些气体包括H2、CO、C02、CH4、C2H6、C3H8、C3H6等。由于在电池内部产生 气体，所以电池在充电的过程中会膨胀。另外，通过电化学能和热能SEI膜慢慢地瓦解，充 电之后当充满电的电池在高温下储存时（例如，如果以4. 2V100%充电之后以85°C储存4 天），SEI膜的瓦解随着时间的推移而增加。因此，负极的暴露表面与周围电解液的副反应 持续地发生而产生气体。电池的内压随着气体的产生而增大。
[0010] 因此，需要开发这样一种电解液添加剂，即该添加剂通过防止或减少在SEI膜形 成反应过程中气体的产生来抑制内压,并且还要提高在高温下的容量保持率。
【发明内容】
[0011] 本发明实施例的一方面提供一种具有高电压并且在高温下具有优异储存特性的 可充电锂电池的电解液。
[0012] 本发明实施例的一方面提供一种包含用于可充电锂电池的电解液的可充电锂电 池。
[0013] 根据本发明的实施例，提供一种包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂的用于 可充电锂电池的电解液。该电解液添加剂包括基于电解液总重量的2wt%到6wt%的丁二 腈、2wt%到6wt%的烧经磺内酯或烯经磺内酯和lwt%到3wt%的碳酸乙烯基亚乙酯。
[0014] 另外，可充电锂电池的电解液添加剂可以包括100重量份的丁二腈、35到300重量 份的烷烃磺内酯或烯烃磺内酯及20到150重量份的碳酸乙烯基亚乙酯。
[0015] 所述烷烃磺内酯可以选自于由1，3-丙烷磺内酯、丁烷磺内酯及它们的组合组成 的组，烯烃磺内酯可以选自于1，3-(1-丙烯磺内酯）（丙烯基-1，3-磺内酯）。
[0016] 本发明的另一个实施例提供了一种可充电锂电池，所述可充电锂电池包括：正极， 包含正极活性材料；负极，包含负极活性材料；上述的电解液。
[0017] 所述正极活性材料可以选自于由下列式子表示的化合物：
[0018]LiA-bDbE2，其中，在上式中，0.90 彡a彡 1.8且0 彡b彡 0.5liA-ACVcEc，其 中，在上式中，〇? 90彡a彡L8、0彡b彡0? 5且0彡c彡0? 05 ^iGtbDbCVcEc,其中，在上式 中，0彡b彡0? 5且0彡c彡0.05 ^iaNin3-CCobDcEa，其中，在上式中，0? 90彡a彡1. 8、 0 彡b彡 0.5、0 彡c彡 0.05 且 0〈a彡SAiaNiB-cCObDcCVaJa，其中，在上式 中，0? 90 彡a彡 1. 8、0 彡b彡 0? 5、0 彡c彡 0? 05 且 0〈a〈2AiaNiH-cCObDcCVaJ2，其中，在 上式中，0.90 彡a彡 1.8、0 彡b彡 0.5、0 彡c彡 0.05 且 0〈a〈2 ^iaNi1ItMnbDcE a，其中，在 上式中，0.90 彡a彡 1.8、0彡b彡0.5、0 彡c彡0.05 且 0〈a彡 2 ^iaNin^MribDcCVaJa，其 中，在上式中，〇? 90 彡a彡L8、0 彡b彡 0? 5、0 彡c彡 0? 05 且 0〈a〈2AiaNincMnbDA-aJ2, 其中，在上式中，〇? 90彡a彡1. 8、0彡b彡0? 5、0彡c彡0? 05且0〈a〈2 ;LiaNibGcLd0 2，其 中，在上式中，0.90 彡a彡 1.8、0 彡b彡 0.9、0 彡c彡 0.5 且 0.001 彡d彡 0.2 ;LiaNibGc02， 其中，在上式中，〇? 90彡a彡L8、0彡b彡0? 9且0彡c彡0? 5 ;LiaNibCocMndL e02,其中， 在上式中，〇? 90彡a彡1. 8、0彡b彡0? 9、0彡c彡0? 5、0彡d彡0? 5且0? 001彡e彡0? 2 ; LiaNibCocMndO2，其中，在上式中，0.90彡a彡1.8、0彡b彡0.9、0彡c彡0.5且0彡d彡0.5; LiaNiLbO2，其中，在上式中，0.90彡a彡L8且0.001彡b彡0.2 ;LiaCoLb02，其中，在上 式中，0? 90彡a彡L8且0? 001彡b彡0? 2 ;LiaMnLb02，其中，在上式中，0? 90彡a彡L8 且0? 001彡b彡0? 2 ;LiaMn2Lb04,其中，在上式中，0? 90彡a彡L8且0? 001彡b彡0? 2 ; LiaMn2O4,其中，在上式中，0? 90 彡a彡I. 8 ;M02;MS2;LiMS2;V205;LiV205;LiQ02;LiNiV04; 1^(3-以2(?04)3，其中，在上式中，0彡€彡2 ;1^(3_{和2(?04) 3，其中，在上式中，0彡€彡2; 及LiFePO4。
[0019] 在上述化学式中，A选自于由Ni、Co、Mn及它们的组合组成的组；D选自于由A1、 附、(：〇^11、0、？6、1%、51'、￥、稀土元素及它们的组合组成的组出选自于由0、？、5、？及它们 的组合组成的组；G选自于由Co、Mn及它们的组合组成的组；J选自于由F、S、P及它们的组 合组成的组；L选自于由Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、PcUPt、Cu、Ag、Au、Zn、CM、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、 Sn、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po、Mn、La、Ce及它们的组合组成的组；M选自于由Ti、Mo、Mn及 它们的组合组成的组；Q选自于由Cr、V、Fe、Sc、Ti、Y及它们的组合组成的组；且T选自于 由V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu及它们的组合组成的组。在实施例中，对于正极活性材料,优选的是 LiCoO20
[0020] 负极活性材料可以包括SiOx (0〈x〈2)或涂敷有碳的SiOx (0〈x〈2)。
[0021] 所述可充电锂电池可以具有4. 3V或更高的充电电压。在实施例中，充电电压可以 在4. 3V和4. 5V之间。
[0022] 在下文中，将更详细地描述本发明的其它实施例。
[0023] 根据本发明实施例的一方面的包含用于可充电锂电池的电解液添加剂的可充电 裡电池的电解液可以在商电压和商温下具有提商的储存特性，从而提商了可充电裡电在商 电压和高温下池的储存特性。
【附图说明】
[0024] 图1是根据本发明实施例的可充电锂电池的示意图。
【具体实施方式】
[0025] 在下文中将更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，这些实施例只是示例性 的，并且本发明不局限于此。
[0026] 根据本发明一个实施例的用于可充电锂电池的电解液包括非水有机溶剂、锂盐和 电解液添加剂。该电解液添加剂包括基于电解液总重量的2wt%到6wt%的丁二腈、2wt% 至Ij6wt%的烧经磺内酯或烯经磺内酯以及Iwt%到3wt%的碳酸乙烯基亚乙酯。当包括上述 量范围内的丁二腈、烷烃磺内酯或烯烃磺内酯及碳酸乙烯基亚乙酯时，可充电锂电池在以 高电压和高温储存时标准容量没有任何的降低并且具有高的容量保持率。
[0027] 另外，可充电锂电池的电解液添加剂可以包括100重量份的丁二腈、35到300重量 份的烷烃磺内酯或烯烃磺内酯和20到150重量份的碳酸乙烯基亚乙酯。当包括上述范围 内的丁二腈、烷烃磺内酯或烯烃磺内酯及碳酸乙烯基亚乙酯时，包括他们的可充电锂电池 在以高电压和高