專利名稱：非水電解質和使用該非水電解質的鋰二次電池的制作方法
技術領域：
本公開內容涉及用于鋰二次電池的非水電解質，其包括ー種雜多環化合物(hetero polycyclic compound),并涉及使用該非水電解質的鋰二次電池。
背景技術：
近年來，對于儲能技術的興趣持續增長。由于儲能技術的應用領域已延伸至移動電話、可攜式攝像機、筆記本電腦甚至電動車，對作為用于這些電子設備的能量源的高能量密度電池的需求不斷增長。為滿足這種需求，對鋰二次電池的研究正積極進行。開發于1990年代早期的鋰二次電池由以下構成能夠嵌入和脫嵌鋰離子的碳基材料的陽極、含有鋰的氧化物的陰極以及含有合適量的溶解于混合有機溶劑中的鋰鹽的非水電解質。鋰二次電池的平均放電電壓為約3. 6至3. 7V，高于堿性電池、鎳鎘電池等的放電電壓。對于這種高工作電壓，要求ー種在(Γ4. 2V的充電/放電范圍內化學穩定的電解質組合物。為此，使用ー種混合溶劑作為電解質的溶劑，所述溶劑中合適地混合了ー種環狀碳酸酷化合物(如碳酸亞こ酯和碳酸亞丙酷)和一種線性碳酸酯化合物(如碳酸ニ甲酷、碳酸こ基甲酯和碳酸ニこ酷)。電解質的溶質通常使用鋰鹽如LiPF6、LiBF4、LiC104等，其在電池中用作鋰離子源并因此能夠使鋰電池運行。在鋰二次電池的初始充電階段，從陰極活性材料(如鋰金屬氧化物)發射出的鋰離子遷移至陽極活性材料(如石墨)并嵌入該陽極活性材料層之間。此時，由于鋰具有很強的反應性，所述電解質在陽極活性材料(如石墨)的表面與陽極活性材料的碳反應，從而生成化合物如Li2CO3,Li2O和Li20H。這些化合物在陽極活性材料(如石墨)的表面形成ー種SEI(固體電解質界面)層。SEI層起離子通道的作用并且僅允許鋰離子通過。由于離子通道效應，SEI層阻止了有機溶劑分子——其與電介質中的鋰離子一起移動并具有大的分子量——嵌入陽極活性材料層之間并因此破壞陽極結構。因此，由于阻止了電解質和陽極活性材料之間的接觸，電解質未被解離，而可逆地維持了電解質中的鋰離子的量，從而確保了穩定的充電/放電。但是，在SEI層形成反應過程中，由于碳酸酯基溶劑分解所產生的氣體，如C0、C02、CH4和C2H6,電池厚度在充電時可能會增加。另外，當電池在高溫下在完全充電狀態長期放置時，隨著時間流逝，SEI層由于電化學能和熱能的増加會緩慢坍塌，這導致在陽極的暴露的表面和周圍的電解質之間持續地發生副反應。由于氣體的持續產生，電池的內壓增加，導致電池的厚度増加，造成在使用所述電池的設備如手機和筆記本電腦中出現問題。換言之，當電池長期放置時高溫穩定性較差。另外，上述由內壓增加導致的問題在含有大量的碳酸亞こ酯的通用鋰二次電池中更嚴重，因為其SEI層不穩定。另外，由于碳酸亞こ酯具有37至39°C的高凝固點，使其在室溫下為固態，含有大量碳酸亞こ酯的鋰二次電池由于在低溫下的低離子導電性而具有較差的低溫導電性。為解決這ー問題，人們做了許多研究，以改變碳酸酯有機溶劑中的溶劑組分的組合物或通過混合ー種特殊的添加劑改變SEI層形成反應的情況。然而，正如現有技術所知的，在改變溶劑組分或向電解質中加入ー種特殊的化合物以改進電池性能的情況中，雖然某些特征得到改善，但其他特征反而退化了。因此，迫切需要開·發ー種非水電解質組合物，其能夠使鋰二次電池具有良好的循環特性、良好的低溫放電特性和良好的高溫放電特性，以及優良的高倍率充電/放電特性。
發明內容
本文g在解決所述現有技術中的問題，因此本文的ー個目的是提供一種用于具有改進的高溫循環特性的鋰二次電池的非水電解質，以及使用所述非水電解質的鋰二次電池。在一方面，本文提供了ー種用于鋰二次電池的非水電解質，其包括ー種電解質鹽和ー種有機溶劑，其中所述非水電解質還包括ー種由以下化學式表示的雜多環化合物化學式I
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Iちト卜1 ReRe其中XpX2和X3獨立地為ー個碳原子或氮原子,其中XpX2和X3的至少ー個為氮，其中も、R3和R5獨立地為ー個取代基，選自氫原子、取代或未取代的芳基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的雜芳氧基、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、鹵素和硝基，其中，在X1、X2和X3為碳的情況中，R2、R4和R6獨立地為ー個取代基，選自氫原子、取代或未取代的芳基、取代或未取代的雜芳基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的氨基、取代或未取代的燒氧基、齒素和硝基，其中，在Xp X2和X3為氮的情況中，R2、R4和R6分別代表ー對未共用電子對，且其中H R3, R4, R5和R6能夠稠合形成環。在另一方面，本文提供了ー種鋰二次電池，其包括ー個具有一個陽極和一個陰極的電極組，和一種非水電解質，其中非水電解質是上述用于鋰二次電池的非水電解質。根據本發明，通過使用具有包含雜多環化合物的非水電解質的鋰二次電池，可以抑制電池容量由于高溫充電/放電而下降，改善電池的高溫壽命特性，并阻止由于電解質的老化特性而導致的容量下降。因此，可改善二次電池的壽命特性和穩定性。
本發明的其他目的和方面將從參考附圖的對實施方案的說明中變得清楚，其中圖I是展示根據實施例2-1至2-12和對比實施例2_1至2_2制備的鋰二次電池的高溫壽命特性的圖表。
具體實施例方式下文中，將參考附圖詳細闡述本發明的優選實施方案。在描述前，應理解的是說明書和所附權利要求中所用的術語不應解釋為限制于常用的和字典的含義，而應當基干與本發明的技術方面相對應的含義和概念，根據允許發明人對術語作適當定義以求最好解釋的原則進行解釋。根據本發明的一個實施方案，ー種用于鋰二次電池的非水電解質還包括一種由以下化學式I表示的雜多環化合物化學式I
權利要求
1.一種用于鋰二次電池的非水電解質，其包括一種電解質鹽和一種有機溶劑， 其中所述非水電解質還包含一種由以下化學式I表示的雜多環化合物 化學式I
2.權利要求I的用于鋰二次電池的非水電解質，其中由化學式I表示的雜多環化合物具有至少兩個稠合的環，或至少兩個通過單鍵、氧或硫連接的環。
3.權利要求I的用于鋰二次電池的非水電解質，其中由化學式I表示的雜多環化合物為至少一種由以下化學式2至4表示的化合物 化學式2
4.權利要求3的用于鋰二次電池的非水電解質，其中由化學式2表示的雜多環化合物為一種由以下化學式5至15表示的化合物 [化學式5][化學式6][化學式7] [化學式8][化學式9][化學式10] [化學式11][化學式12][化學式13]
5.權利要求3的用于鋰二次電池的非水電解質，其中由化學式3表示的雜多環化合物為一種由以下化學式16至20表示的化合物 [化學式16][化學式17][化學式18]
6.權利要求3的用于鋰二次電池的非水電解質，其中由化學式4表示的雜多環化合物為一種由以下化學式21至31表示的化合物 [化學式21][化學式22][化學式23]
7.權利要求3的用于鋰二次電池的非水電解質，其中雜多環化合物的含量為O.05至20重量份，基于100重量份的非水電解質計。
8.權利要求I的用于鋰二次電池的非水電解質，其中電解質鹽是一種鋰鹽。
9.權利要求8的用于鋰二次電池的非水電解質，其中鋰鹽的陰離子選自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.權利要求I的用于鋰二次電池的非水電解質，其中有機溶劑包括選自線性碳酸酯、環狀碳酸酯、醚、酯和酰胺的任意一種或其混合物。
11.權利要求10的用于鋰二次電池的非水電解質，其中線性碳酸酯包括選自碳酸二甲酯、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種，或其混合物。
12.權利要求10的用于鋰二次電池的非水電解質，其中環狀碳酸酯包括選自碳酸亞乙酯 碳酸亞丙酯、碳酸1，2-亞丁酯、碳酸2，3-亞丁酯、碳酸1，2-亞戊酯、碳酸2，3-亞戊酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯基亞乙酯的任何一種，或其鹵化物及其混合物。
13.權利要求10的用于鋰二次電池的非水電解質，其中醚包括選自二甲醚、二乙醚、二丙醚、甲基乙醚、甲基丙醚和乙基丙醚的任何一種，或其混合物。
14.權利要求I的用于鋰二次電池的非水電解質，其中非水電解質還包括選自環狀亞硫酸酯、飽和磺內酯、不飽和磺內酯和非環狀砜的任意一種，或其混合物。
15.一種鋰二次電池，包含 一個具有一個陽極、一個陰極和一個插入陽極和陰極之間的隔膜的電極組；和 一種注射到電極組中的非水電解質， 其中所述非水電解質是權利要求I中定義的用于鋰二次電池的非水電解質。
16.權利要求15的鋰二次電池，其中陽極具有一個陽極活性材料層，所述層包括鋰金屬、碳材料、金屬化合物或其混合物。
17.權利要求16的鋰二次電池，其中金屬化合物是含有任意一種選自Si、Ge、Sn、Pb、P、Sb、Bi、Al、Ga、In、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Mg、Sr 和 Ba 的金屬元素或其混合物的化合物。
18.權利要求15的鋰二次電池，其中陰極具有一個包含含鋰氧化物的陰極層。
19.權利要求18的鋰二次電池，其中含鋰氧化物是一種含鋰過渡金屬氧化物。
20.權利要求19的鋰二次電池，其中含鋰過渡金屬氧化物選自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
公開了一種用于鋰二次電池的含有一種雜多環化合物的非水電解質以及使用所述非水電解質的鋰二次電池。
文檔編號H01M10/42GK102856585SQ20121022905
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月2日 優先權日2011年7月1日
發明者俞成勛, 梁斗景, 全鐘昊, 曹旼廷 申請人:株式會社Lg化學