非水电解液及包含所述非水电解液的锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：非水电解液、正极、负极和隔膜，所述非水电解液包括作为添加剂的双(氟代磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)和氟代苯基化合物；所述正极包含作为正极活性材料的锂‑镍‑锰‑钴基氧化物。本发明专利技术具有用于锂二次电池的非水电解液，当包括所述非水电解液的锂二次电池初始充电时，在负极上形成坚固的SEI膜，提高了锂二次电极的输出性能，同时能提升高温存储后的输出性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解液及包含所述非水电解液的锂二次电池
[相关申请的交叉引用]本申请要求享有于2014年9月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0128878号的优先权，通过引用将上述专利申请的全部内容结合在此。[
]本专利技术涉及包含非水电解液、正极(positiveelectrode)、负极(negativeelectrode)和隔膜(separator)的锂二次电池，所述非水电解液包含作为添加剂的双(氟代磺酰基)酰亚胺锂(Lithiumbis(fluorosulfonyl)imide；LiFSI)和氟代苯基化合物；所述正极包含作为正极活性材料的锂-镍-锰-钴基氧化物。
技术介绍
随着技术的不断发展和对移动设备需求的增多，将二次电池用作能源的需求急速增加，且在众多二次电池中，具有高的能量密度和电压的锂二次电池已被商业化且广泛应用。在锂二次电池中，锂金属氧化物被用作正极活性材料，锂金属、锂合金、结晶(crystalline)碳及非晶碳或碳的复合物被用作负极活性材料。所述二次电池通过以下的方法来制备，即在集电器(collector)上涂布合适厚度和长度的活性材料，或者活性材料自身以膜的形式涂布，并将活性材料与绝缘体的隔膜进行缠绕或层叠以形成电极组(electrodegroup)，将上述电极组置于罐或类似容器中，并注入电解液。当锂离子反复从正极的锂金属氧化物到负极的石墨电极的嵌入(intercalation)和脱嵌(deintercalation)时，所述的锂二次电池就经历了充电和放电。其中，锂离子因其高反应活性与碳电极反应，且在负极的表面上生成Li2CO3、LiO、LiOH和类似产物而形成膜。这层膜被称作固体电解质界面(SolidElectrolyteInterface；SEI)膜，且形成于充电初期的上述SEI膜可在放电和充电过程中阻止锂离子与碳负极材料或其它材料发生反应。另外，所述SEI膜还发挥了离子通道的作用且仅传递锂离子。这种离子通道使锂离子变成溶剂化物(solvation)，且通过与电解液的高分子量有机溶剂的相互聚集并共嵌到碳负极而起到防止碳负极结构塌陷的作用。因此，为了提高锂二次电池的高温循环性能和低温输出性能，需要将坚固的SEI膜形成在锂二次电池的负极上。一旦上述SEI膜在初始的充电中形成，SEI膜将在之后电池使用中的重复充电和放电过程中阻止锂离子与负极材料或其它材料的反应，并在电解液和负极之间起到离子通道(Iontunnel)的作用且仅传递锂离子。在现有技术中，在不包含电解液添加剂的电解液中或在包含性能差的添加剂的电解液中增强低温输出性能一直被认为是困难的，这是由于形成了非均匀的SEI膜。另外，即使加入了电解液添加剂，但如果添加剂加入的量没有调整到所需的量，则仍然会有由于电解液添加剂的原因而使正极表面在高温下发生分解的问题，或者，电解液引起了氧化反应而最终使二次电池的不可逆电容量增加和输出性能降低。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一方面提供了一种用于锂二次电池的非水电解液以及包含所述非水电解液的锂二次电池，所述非水电解液不仅能提高二次电池在低温和室温下的输出性能，而且能提高二次电池的高温存储性能、容量特性和稳定性。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：非水电解液，所述非水电解液包含作为添加剂的双(氟代磺酰基)酰亚胺锂(Lithiumbis(fluorosulfonyl)imide；LiFSI)和氟代苯基化合物；正极，所述正极包含作为正极活性材料的锂-镍-锰-钴基氧化物；负极；及隔膜。所述非水电解液可进一步包含锂盐，且锂盐与双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的混合比例为摩尔比1:0.01至1:1，且双(氟代磺酰基)酰亚胺锂在非水电解液中的浓度为0.01mol/L至2mol/L。所述锂-镍-锰-钴基氧化物可包括由以下化学式1表示的氧化物:[化学式1]Li1+x(NiaCobMnc)O2在所述化学式1中，0.55≤a≤0.65，0.18≤b≤0.22，0.18≤c≤0.22，-0.2≤x≤0.2，且x+a+b+c+＝1。有益效果本专利技术具有用于锂二次电池的非水电解液以及包含所述非水电解液的二次电池，当包含所述非水电解液的所述锂二次电池初始充电时，在负极上形成一种坚固的SEI膜，在高温环境下抑制了气体的生成，使得电池厚度的增加最小化，且通过阻止正极表面的分解和电解液的氧化反应，提高了所述锂二次电池的输出性能，并且还能提高在高温存储后的输出性能和稳定性。本专利技术的最佳实施方式下文中，将更详细地描述本专利技术以阐明本专利技术。本说明书和权利要求书中所使用的术语或用语不可以被限制性地理解成一般定义或词典定义，而应当被理解为是基于专利技术人为了以最佳可能的方式描述专利技术可以适当地定义术语的概念的原则，将这些术语或用语理解为与本专利技术的技术思想相对应的含义和概念。根据本专利技术实施方式的一种非水电解液包含双(氟代磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)。将双(氟代磺酰基)酰亚胺锂作为一种锂盐加入到非水电解液，不仅通过在负极上形成坚固的且薄的SEI薄膜而提高了低温输出性能，而且抑制了在高温循环运行中可能发生的正极表面的分解，还阻止了电解液的氧化反应。再者，形成于负极的SEI膜的厚度薄，锂离子在负极内的迁移可以更通畅，且相应地，能够提高二次电池的输出性能。根据本专利技术的一个实施方式，双(氟代磺酰基)酰亚胺锂在非水电解液中优选浓度为0.01mol/L至2mol/L，且更优选地为0.01mol/L至1mol/L。当双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的浓度低于0.1mol/L，锂二次电池的低温输出性能和高温循环性能的提高效果是不显著的，而当双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的浓度高于2mol/L，电池充电和放电期间电解液中的副反应会过度发生进而造成溶胀(swelling)现象，以及可以引发电解液中由金属组成的正极或负极集电器的腐蚀。为了防止这类副反应，本专利技术的非水电解液可进一步包含锂盐。作为所述锂盐，可以采用本领域常用的锂盐，具体实例可以是选自：LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiBF6、LiSbF6、LiN(C2F5SO2)2、LiAlO4、LiAlCl4、LiSO3CF3和LiClO4所构成的组中的任何一个或者至少两个的混合物。锂盐和双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的混合比例优选为摩尔比1:0.01至1:1。如果锂盐和双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的混合比例高于上述摩尔比的范围，当电池充电和放电时那么电解液中的副反应会过度发生进而造成溶胀(swelling)现象，而如果锂盐和双(氟化磺酰基)酰亚胺锂的混合比例低于上述摩尔比时，就会降低二次电池的输出性能提高的程度。具体地，当锂盐和双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的混合摩尔比低于1:0.01时，在SEI膜形成于锂离子电池内的过程中和在负极之间引入由碳酸酯基溶剂溶解的锂离子的过程中，会发生大量的不可逆反应，因此，借由脱去负极表面层(例如碳表面层)和电解液的分解，对二次电池的低温输出性能、高温存储后的二次电池的循环性能和电容量特性所实现的改进效果是微不足道的。当锂盐和双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的混合摩尔比高于1:1时，电解液中含有过量的双(氟代磺酰基)酰亚胺锂，随着充电和放电的进行可以造成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：非水电解液，所述非水电解液包括作为添加剂的双(氟代磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)和氟代苯基化合物；正极，所述正极包含作为正极活性材料的锂‑镍‑锰‑钴基氧化物；负极；和隔膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.26 KR 10-2014-01288781.一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：非水电解液，所述非水电解液包括作为添加剂的双(氟代磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)和氟代苯基化合物；正极，所述正极包含作为正极活性材料的锂-镍-锰-钴基氧化物；负极；和隔膜。2.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述锂-镍-锰-钴基氧化物包括由以下化学式1表示的氧化物：[化学式1]Li1+x(NiaCobMnc)O2其中，0.55≤a≤0.65，0.18≤b≤0.22，0.18≤c≤0.22，-0.2≤x≤0.2且x+a+b+c+＝1。3.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述非水电解液进一步包含锂盐。4.如权利要求3所述的锂二次电池，其中，所述锂盐和所述双(氟代磺酰基)酰亚胺锂的混合比例以摩尔比计为从1:0.01至1:1。5.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述双(氟代磺酰基)酰亚胺锂在所述非水电解液中的浓度为0.01mol/L至2mol/L。6.如权利要求3所述的锂二次电池，其中，所述锂盐包括选自由LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiBF6、LiSbF6、LiN(C2F5SO2)2、LiAlO4、LiAlCl4、LiSO3CF3和LiClO4所构成的组中的任何一个或至少两个的混合物。7.如权利要求...

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