非水性电解质溶液及包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种非水性电解质溶液，其包含有碳酸异丙烯酯(PC)及碳酸亚乙酯(EC)的非水性有机溶剂、及双(氟磺酰基)酰亚胺锂(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide；LiFSI)，还提供一种包含所述非水性电解质溶液的锂二次电池。本发明专利技术的锂二次电池，通过在锂二次电池的初始充电时在负极上形成牢固的SEI膜，可提高低温及室温输出特性、高温及室温循环特性、及高温储存后的容量特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种非水性电解质溶液，其包含:含有碳酸异丙烯酯(PC)及碳酸亚乙醋(EC)的非水性有机溶剂；及双(氟磺酰基)酰亚胺锂(Lithium bis (f luorosulfonyl)imide ;LiFSI)，还涉及一种包含所述非水性电解质溶液的锂二次电池。
技术介绍
随着对移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加，在这些二次电池中，具有高能量密度和高电压的锂二次电池已商业化并被广泛使用。锂金属氧化物被用作锂二次电池的正极(cathode)活性材料，并且锂金属、锂合金、结晶碳或无定形碳、或碳复合材料被用作负极(anode)活性材料。集电体可用适当厚度和长度的活性材料涂布或活性材料自身可以以薄膜形式进行涂布，随后与作为绝缘体的隔膜卷绕或层叠而制备电极组。此后，将电极组放入罐或与其类似的容器中，并之后通过注入电解质溶液来制备二次电池。这种锂二次电池，通过重复进行锂离子从正极(cathode)的锂金属氧化物向负极(anode)的石墨嵌入(intercalat1n)和脱嵌(deintercalat1n)的过程来进行充放电。在这种情况下，由于锂是高反应性物质，因此其与碳电极反应而形成Li2C03、L1、L1H等，从而可在负极的表面形成保护膜。这种保护膜被称为“固体电解质界面(Solid ElectrolyteInterface ;SEI)膜”，在充电初始阶段所形成的SEI膜，可以在充放电过程中防止锂离子与碳负极或其他物质发生反应。另外，SEI膜起到离子通道(1n Tunnel)的作用并只允许锂离子通过。离子通道起到如下作用:使锂离子溶剂化(solvat1n)，由此防止与其一起移动的、具有高分子量的电解质溶液中的有机溶剂一起嵌入于碳负极，从而破坏碳负极结构的作用。因此，为了提高锂二次电池的高温循环特性及低温输出特性，必须在锂二次电池的负极形成牢固(robust)的SEI膜。SEI膜只要在初始充电过程中一旦形成，SEI膜可以在由随后使用电池引起的重复充放电的循环过程中防止锂离子与负极或其他材料发生反应，并且起到仅仅使锂离子在电解质溶液与负极之间通过的离子通道(1n Tunnel)的作用。到目前为止，在非水性电解质溶液中已使用了各种各样的非水性有机溶剂，在这些有机溶剂中，碳酸异丙烯酯被用作非水性有机溶剂。然而，碳酸异丙烯酯可能与石墨材料发生不可逆的分解反应。为了代替碳酸异丙烯酯，已使用基于碳酸亚乙酯(EthyleneCarbonate ；EC)的二元和三元的非水性有机溶剂。但是，碳酸亚乙醋的恪点高，因此其使用温度受限，从而在低温下使电池性能显著降低。现有技术文献:专利文献专利文献:KR2009-0030237A
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术提供一种可改善低温和室温输出特性，并且同时提高室温及高温循环特性、高温储存后的容量特性的非水性电解质溶液、及包含其的锂二次电池。解决课题的方法为解决上述课题，本专利技术提供一种非水性电解质溶液，其特征在于，包含:i)含有碳酸异丙烯酯(PC)及碳酸亚乙酯(EC)的非水性有机溶剂；及ii)双(氟磺酰基)酰亚胺钮(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide ;LiFSI)。本专利技术提供一种锂二次电池，其包括:包含正极活性材料的正极；包含负极活性材料的负极；设置在所述正极与所述负极之间的隔膜；及所述非水性电解质溶液。有益效果根据本专利技术的非水性电解质溶液，由于包含非水性电解质溶液的锂二次电池在初始充电过程中，在负极上形成牢固的SEI膜，因此可以改善低温及室温输出特性，并且可以同时提高高温及室温循环特性、高温储存后的容量特性。【附图说明】图1是表示根据实验例I对实施例1-3及比较例3和4的锂二次电池的低温输出特性进行测量的测量结果的图表。图2是表示根据实验例2对实施例1-3及比较例1-4的锂二次电池的高温(45°C )循环特性进行测量的测量结果的图表。图3是表示根据实验例3对实施例1-3及比较例3和4的锂二次电池的高温(600C )储存后的容量特性进行测量的测量结果的图表。图4是表示根据实验例4对实施例4-6的锂二次电池的室温(25°C )储存后的容量特性进行测量的测量结果的图表。【具体实施方式】下文中，为更清楚地理解本专利技术，将详细阐述本专利技术。应理解的是，本说明书及权利要求书中所使用的术语或词语不应解释为常用的或词典中限定的含义。应将进一步理解，在基于专利技术人为最佳解释本专利技术而能够适当地定义术语或词语含义的原则上，术语或词语应被解释为与其在相关领域和本专利技术技术构思范围内的含义相一致的含义。根据本专利技术的一个实施方案的非水性电解质溶液可包含:含有碳酸异丙烯酯(PC)及碳酸亚乙酯(EC)的非水性有机溶剂；及双(氟磺酰基)酰亚胺锂(Lithiumbis (fluorosulfonyl) imide ；LiFSI)。根据本专利技术的一个实施方案，通过调节作为非水性有机溶剂的碳酸异丙烯酯(PC)及碳酸亚乙酯(EC)的混合比，可解决单独使用碳酸异丙烯酯(PC)及碳酸亚乙酯(EC)时存在的局限性，并通过利用各个溶剂的优点而表现出基于混用非水性有机溶剂的协同效应。另外，在双(氟磺酰基)酰亚胺锂与这些混合的非水性有机溶剂组合使用的情况下，在初始充电时，在负极形成固体SEI膜，从而改善电解质溶液的低温及室温输出特性，而且抑制在45°C以上的高温循环操作时可能发生的正极表面的分解，并防止电解质溶液的氧化反应，从而可以同时提高锂二次电池的容量特性。一般地，作为在非水性电解质溶液中使用的非水性有机溶剂，碳酸亚乙酯(EC)因其与碳材料的极好的亲和性而主要用于锂二次电池。但是，在过度使用EC的情况下，由于EC分解会产生0)2气体(gas)，因此，二次电池的性能不仅受到不利的影响，而且高熔点特性会导致低温特性变差，电导率低会造成高输出特性变差。相比之下，包含碳酸异丙烯酯的非水性电解质溶液由于优异的低温特性和高电导率而具有高输出特性。但是，由于碳酸异丙烯酯与石墨材料发生不可逆的分解反应，因此限制了其与石墨的使用。另外，根据电极厚度，在高温循环过程中，由碳酸异丙烯酯引起的电极剥落(exfoliat1n)现象而发生锂二次电池的容量下降的问题。尤其，当作为非水性有机溶剂将碳酸异丙烯酯与如LiPF6等的锂盐一起使用时，在使用碳电极的锂二次电池中形成SEI膜的过程中、以及被碳酸异丙烯酯溶剂化了的锂离子嵌入到碳素层之间的过程中，会发生大量的不可逆反应。这样可能会引起如循环特性等的电池性能下降的问题。另外，被碳酸异丙烯酯溶剂化了的锂离子嵌入到构成负极的碳素层时，可能会进行碳素表面层的剥离(exfoliat1n)。这种剥离是，因溶剂在碳素层之间分解时所产生的气体，在碳素层之间产生巨大变形而发生的。这种表面层的剥离和电解质溶液的分解可能会持续进行。因此，当碳酸异丙烯酯电解质溶液与碳素系负极材料组合使用的情况下，不会形成有效的SEI膜，从而锂离子也无法嵌入到里面。因此，在本专利技术中，为了克服碳酸亚乙酯和碳酸异丙烯酯的局限性，并且最大限度地实现本专利技术的上述优点，作为非水性有机溶剂将碳酸异丙烯酯与常用的碳酸亚乙酯以适当组成而进行混合，由此提高非水性电解质溶液的电导率特性而改善锂二次电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水性电解质溶液，其特征在于，包含：i)含有碳酸异丙烯酯(PC)及碳酸亚乙酯(EC)的非水性有机溶剂；及ii)双(氟磺酰基)酰亚胺锂(Lithiumbis(fluorosulfonyl)imide；LiFSI)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：林永敏，李哲行，梁斗景，金实基，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR