安全性得到改進(jìn)的非水性電解質(zhì)及電化學(xué)裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年2月15日、申請(qǐng)?zhí)枮?00780005439. 1、名稱為"安全性 得到改進(jìn)的非水性電解質(zhì)及電化學(xué)裝置"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種安全性得到改進(jìn)的非水性電解質(zhì)，并涉及包括有此非水性電解質(zhì) 的電化學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 近來(lái)，隨著電子裝置變成無(wú)線且可攜帶性提高，以非水性電解質(zhì)為基礎(chǔ)、并且具有 高電容與高能量密度的二次電池在實(shí)踐中被用作電子裝置的驅(qū)動(dòng)源。鋰二次電池是非水性 二次電池的典型實(shí)例，包括陰極、陽(yáng)極以及電解質(zhì)，并且能充放電，這是由于在充電過(guò)程中 從陰極活性材料釋出的鋰離子會(huì)嵌入陽(yáng)極活性材料并在放電過(guò)程中脫嵌，從而使得鋰離子 在二電極之間來(lái)回移動(dòng)，并起到傳遞能量的作用。這種高容量鋰二次電池的優(yōu)點(diǎn)在于，由于 其能量密度高，因此可以長(zhǎng)時(shí)間使用。然而，鋰二次電池的問(wèn)題在于，該電池長(zhǎng)時(shí)間暴露于 由其驅(qū)動(dòng)期間所產(chǎn)生的內(nèi)部熱量而產(chǎn)生的高溫下時(shí)，由于電解質(zhì)氧化導(dǎo)致的產(chǎn)生氣體，具 有陰極（例如鋰過(guò)渡金屬氧化物）、陽(yáng)極（例如晶體碳或非晶體碳）和隔膜的電池的穩(wěn)定結(jié) 構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而降低電池的性能，或者在嚴(yán)重的情形下，會(huì)因?yàn)閮?nèi)部短路而使電池起火 并爆炸。
[0004] 為了解決這類問(wèn)題，近來(lái)已進(jìn)行多種嘗試以提高電池的高溫安全性，這些嘗試包 括（1)使用具有高熔點(diǎn)的多孔性聚烯烴基隔膜，它在內(nèi)部/外部熱環(huán)境中不容易熔化；或 (2)添加不易燃有機(jī)溶劑至含有鋰鹽與易燃有機(jī)溶劑的非水性電解質(zhì)中。
[0005] 然而，聚烯烴基隔膜具有一缺點(diǎn)在于，它通常具有較厚的薄膜厚度以達(dá)到高熔點(diǎn) 并防止內(nèi)部短路的效果。此較厚的薄膜厚度相對(duì)地減少了陰極與陽(yáng)極的負(fù)載量，因此難以 達(dá)成高電容量的電池，或者在嚴(yán)重的情形下降低了電池的性能。同時(shí)，聚烯烴基隔膜由如PE 或PP等聚合物組成，這些聚合物的熔點(diǎn)大約為150°C，因此當(dāng)電池長(zhǎng)時(shí)間暴露于高于150°C 的高溫下時(shí)，隔膜會(huì)熔化，造成電池內(nèi)部的短路，進(jìn)而使電池起火并爆炸。
[0006] 同時(shí)，具有包含鋰鹽、環(huán)狀碳酸酯與直鏈碳酸酯的易燃非水性電解質(zhì)的鋰二次電 池在高溫下具有下列問(wèn)題：（1)由于鋰過(guò)渡金屬氧化物與碳酸酯溶劑之間的反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生 大量熱量，進(jìn)而導(dǎo)致電池短路并且起火，以及（2)由于非水性電解質(zhì)自身的易燃性，不能獲 得熱穩(wěn)定的電池。
[0007] 近來(lái)，人們正在致力于通過(guò)添加具有阻燃性的磷（P)基化合物來(lái)解決與電解質(zhì)的 易燃性相關(guān)的問(wèn)題，但是該化合物會(huì)引起加速不可逆反應(yīng)的問(wèn)題，包括電池中的鋰侵蝕從 而大幅劣化電池的性能與效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)同時(shí)使用氟代碳酸亞乙酯（FEC)化合物以及脂肪族二腈化合物作 為電解質(zhì)添加劑時(shí)，這些化合物在電池的性能以及電池的安全性方面具有協(xié)同作用，例如 在防止電池在過(guò)充電狀態(tài)起火和/或防止電池在高于150°C的高溫時(shí)的內(nèi)部短路所引起的 起火/爆炸方面具有協(xié)同作用。本發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)而進(jìn)行。
[0009] 本發(fā)明提供了一種包括鋰鹽和溶劑的非水性電解質(zhì)以及包含該非水性電解質(zhì)的 電化學(xué)裝置，所述電解質(zhì)包括（基于所述電解質(zhì)的重量計(jì)）I-IOwt %的式1化合物或其分解 產(chǎn)物，以及I-IOwt %的脂肪族二腈化合物：
[0010] [式 1]
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種包括鋰鹽和溶劑的非水性電解質(zhì)，所述電解質(zhì)基于該電解質(zhì)的重量計(jì)，包括 1-lOwt%的氟代碳酸亞乙酯或其分解產(chǎn)物，以及l(fā)-3wt%的丁二腈， 其中還加入脂肪族單腈化合物至該電解質(zhì)中。
2. 權(quán)利要求1的非水性電解質(zhì)，其中所述溶劑包括至少一種環(huán)狀碳酸酯和至少一種直 鏈碳酸酯中的一者或兩者，所述環(huán)狀碳酸酯選自碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯以及Y-丁內(nèi)酯， 所述直鏈碳酸酯選自碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲基酯以及碳酸甲基丙基酯。
3. 權(quán)利要求1的非水性電解質(zhì)，其中選自烯類化合物、含硫化合物以及基于內(nèi)酰胺的 化合物的化合物也被加入該電解質(zhì)，所述化合物可在陽(yáng)極表面形成鈍化層。
4. 一種電化學(xué)裝置，包括陰極、陽(yáng)極以及權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的非水性電解質(zhì)。
5. -種電化學(xué)裝置，包括：陰極，其具有陰極活性材料表面與丁二腈之間形成的復(fù)合 物；以及非水性電解質(zhì)，其包括l-l〇wt%的氟代碳酸亞乙酯或其分解產(chǎn)物，基于所述電解 質(zhì)的重量計(jì)。
6. 權(quán)利要求5的電化學(xué)裝置，所述陰極活性材料表面與丁二腈之間的所述復(fù)合物以下 列二種方式之一形成：通過(guò)高溫處理由添加有基于電解質(zhì)的重量計(jì)1-3重量％丁二腈的電 解質(zhì)所制備得到的電化學(xué)裝置；或者通過(guò)將包含涂覆于集電器上的所述陰極活性材料的陰 極浸入添加有基于電解質(zhì)的重量計(jì)1-3重量％丁二腈的電解質(zhì)之中，并接著進(jìn)行高溫?zé)崽?理。
7. 權(quán)利要求6的電化學(xué)裝置，其中所述高溫處理在組裝該電化學(xué)裝置之前或之后，以 等于或大于30°C的溫度進(jìn)行。
【專利摘要】公開(kāi)了一種包括鋰鹽和溶劑的非水性電解質(zhì)，基于電解質(zhì)的重量計(jì)，此電解質(zhì)包括1-10wt％的式1化合物或其分解產(chǎn)物，以及1-10wt％的脂肪族二腈化合物；以及一種包括上述的非水性電解質(zhì)的電化學(xué)裝置。同時(shí)公開(kāi)了一種電化學(xué)裝置，包括：陰極，其具有在陰極活性材料表面與脂肪族二腈化合物之間形成的復(fù)合物；以及非水性電解質(zhì)，基于該電解質(zhì)的重量計(jì)，其包括1-10wt％式1的化合物或其分解產(chǎn)物。
【IPC分類】H01M10-058, H01M10-0569, H01M10-38, H01M10-0567
【公開(kāi)號(hào)】CN104795594
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510114409
【發(fā)明人】金映洙, 安諄昊, 河秀玹
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社Lg化學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2007年2月15日
【公告號(hào)】CN101385184A, EP2005511A1, EP2005511A4, EP2005511B1, US9093719, US20100167131, US20120129053, WO2007094625A1