含氧阴离子的非水系电解液和使用该电解液的锂二次电池制造技术

本发明专利技术公开了电解液，其包括：（ａ）电解质盐；（ｂ）非水系电解液溶剂；和（ｃ）二成分系或多成分系金属氧化物盐。还公开了包括所述电解液的电化学装置。在电解液中使用的金属氧化物盐溶于非水溶剂并生成能改善金属耐腐蚀性的氧阴离子。因此，所述电解液防止了由装置暴露于诸如过充电、过放电和高温储藏条件等最恶劣的条件下所引起的电化学装置中存在的金属材料的预防。另外，该电解液防止了由金属材料腐蚀引起的电化学装置的性能劣化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可预防电池的金属内外材料由于电池暴露于诸如过充电、过放电和高温储藏条件等不正常条件下引起的腐蚀的电解液。本专利技术还涉及电化学装置，优选锂二次电池，其包括上述的电解液，因此防止由金属材料腐蚀引起的性能劣化。
技术介绍
最近，随着电子器件的小型化和轻量化，使用的电池作为能源愈加要求小型化和轻量化。作为具有小型化、轻量化和高容量的可再充电的电池，锂二次电池已经投入实际应用并且广泛用在诸如小型摄像放像机、移动式电话、笔记本电脑等便携式电子和通讯装置中。锂二次电池包括正极、负极和电解质。这些锂二次电池能够重复充电/放电循环，因为在第一充电循环过程中从正极活性材料脱嵌的锂离子嵌入负极活性材料(例如碳粒子)，并且在放电循环过程再次脱嵌，使得锂离子在两个电极之间往复运动并同时转移能量。通常，金属和金属合金，如铁、铝、铜、镍等广泛用作形成二次电池容纳用的外用罐和锂二次电池集电器的材料。这些金属材料对在锂二次电池正常充电/放电条件下的腐蚀(氧化)不敏感。然而，在最恶劣的条件下，诸如过充电、过放电和高温储藏条件下，这些金属材料倾向于具有最大的腐蚀可能性。特别是，当电池在小电流下或在恒定电阻下过放电到0V电压时，具有高的不可逆容量的负极的电压增加超过正极电压。在这种情况下，当负极电压达到约3.6V以上的特定电压范围时，此时用作负极集电器的铜箔发生氧化，发生铜的溶解(即氧化)，导致电池损伤。总之，在过充电、过放电和高温储藏条件下，电池内-->存在的金属材料的腐蚀引起电池的自放电、容量降低、内部短路和内电阻增加的问题，导致电池性能劣化和电池损伤。附图说明本专利技术的上述和其它目的、特征和优点从以下的详细说明并结合附图变得显而易见，其中：图1是表示圆筒状电池用罐的内壁的电化学氧化特征的比较图，比较了使用实施例1的电解液和使用实施例2的电解液的电池，所述电解液中分别添加了Li2MoO4和Li2WO4作为多成分系金属氧化物盐；和使用比较例1的常规电解液的电池。
技术实现思路
因此，本专利技术着眼于解决以上问题。本专利技术人发现，当使用金属氧化物盐用于形成电解液时，所述的金属氧化物盐在电解液非水系溶剂中溶解和离解生成具有抑制金属材料氧化(腐蚀)活性的氧阴离子，有可能抑制形成电化学装置的金属材料如金属罐和集电器的腐蚀，并预防电化学装置由于金属材料的腐蚀导致的性能劣化。因此，本专利技术的目的是提供非水电解液，其包括上述的金属氧化物盐，和包括所述电解液的电化学装置，优选锂二次电池。根据本专利技术的一方面，提供了电解液，其包括：(a)电解质盐；(b)非水系电解液溶剂；和(c)二成分系或多成分系金属氧化物盐。还提供了包括所述电解液的电化学装置，优选锂二次电池。下文将详细说明本专利技术。本专利技术的特征在于使用在非水系电解液溶剂中溶解时能够离子化的多成分系金属氧化物盐。-->与常规的氧化物(美国专利5,168,019)不同，常规的氧化物由共价键组成因此在电解液溶剂中不能解离，上述的金属氧化物盐由离子键组成，因此当其在目前的电池中使用的电解液溶剂中溶解时容易解离。另外，该金属氧化物盐可在解离后产生氧阴离子，并且这些氧阴离子可以改善金属的耐腐蚀性。氧阴离子显著地降低金属材料腐蚀的可能性，否则在诸如过充电、过放电和高温储藏条件的不正常条件下，所述的金属材料腐蚀将趋于增加。因此，从金属氧化物盐生成的氧阴离子防止由电化学装置内存在的金属材料腐蚀引起的电化学装置的性能劣化。形成本专利技术的电解液的一个组分是二成分系或多成分系金属氧化物盐。对金属氧化物盐没有特别的限制，只要其由离子键组成并且在水和/或有机溶剂中可离子化即可。如上所述，当金属氧化物盐在目前的电池中使用的电解液溶剂中溶解时金属氧化物盐解离形成氧阴离子，并且这些氧阴离子吸附到通常在金属罐和/或集电器表面上形成的保护膜上。例如，这些氧阴离子被吸附到氧化膜上存在的缺陷中，据信这些被吸附的氧阴离子防止了由缺陷产生的任何氧化。因此，有可能解决由金属材料腐蚀引起的问题。这些问题包括电化学装置，优选电池的自放电、容量降低、内部短路和内部电阻增加。李国内外，有可能防止电池的性能劣化和电池损伤。根据本专利技术的优选方案，金属氧化物盐由下式1表示，但不限于下式：[式1]AxMyOz其中A是选自碱金属和碱土金属中的至少一种元素；M是选自非金属、准金属和过渡金属中的至少一种元素；1≤x≤6；1≤y≤7；  和2≤z≤24。-->式1所示的多成分系金属氧化物盐的非限制性例子包括：Li4SiO4、Li2B4O7、Li2MoO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、LiTaO3、LiNbO3、Na4SiO4、Na2B4O7、Na2MoO4、Na2WO4、Na2CrO4、Na2TiO3、Na2ZrO3、NaTaO3、NaNbO3、Cs4SiO4、Cs2B4O7、Cs2MoO4、Cs2WO4、Cs2CrO4、Cs2TiO3、Cs2ZrO3、CsTaO3、CsNbO3、Mg2SiO4、MgB4O7、MgMoO4、MgWO4、MgCrO4、MgTiO3、MgZrO3、Ba4SiO4、BaB4O7、BaMoO4、BaWO4、BaCrO4、BaTiO3、BaZrO3及其混合物。特别是，当含锂的金属氧化物盐用作多成分系金属氧化物盐时，有可能使由于电解液添加剂的使用所引起的电池性能劣化最小化，因为较高浓度的锂离子可为电池中发生的电化学反应所获得。除了上述的盐之外，可在本专利技术的范围内使用任何化合物，无论它们的构成和构型如何，只要它们溶于非水系电解液溶剂并生成氧阴离子，从而足以抑制金属材料腐蚀即可。优选地，多成分系金属氧化物盐的使用量相对于每100重量比份的电解液为0.01～10重量％，但是金属氧化物盐的含量不限于此。如果金属氧化物盐的含量低于0.01重量％，不可能获得足够的防止金属材料腐蚀的作用。另一方面，如果金属氧化物盐的含量大于10重量％，则金属氧化物盐不能完全溶于电解液。添加有金属氧化物盐的电解液可包括本领域技术人员抑制的常规的电解液成分，例如电解质盐和非水系电解液溶剂。在本专利技术中可使用的电解质盐包括由式A+B-表示的盐，其中A+表示选自Li+、Na+、K+的及其组合的碱金属阳离子，B-表示选自PF6-、BF4-、Cl-、Br-、I-、ClO4-、AsF6-、CH3CO2-、CF3SO3-、N(CF3SO2)2-、C(CF2SO2)3-及其组合的阴离子。非水系电解液溶剂的非限制性例子包括碳酸丙烯(PC)、碳酸乙烯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、γ-丁内-->酯(GBL)及其混合物。根据本专利技术的其它方面，提供了电化学装置，其包括正极、负极和电解液，其中电解液包括上述的多成分系金属氧化物。这些电化学装置包括其中发生电化学反应的任何装置，并且这些电化学装置的具体例子包括各种类型的原电池、二次电池、燃料电池、太阳能细胞或电容器。尤其是，所述的电化学装置是锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池。电化学装置可通过本领域技术人员已知的本文档来自技高网...

【技术保护点】
电解液，其包含：（ａ）电解质盐；（ｂ）非水系电解液溶剂；和（ｃ）二成分系或多成分系金属氧化物盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2004-12-7 10-2004-01025321.电解液，其包含：(a)电解质盐；(b)非水系电解液溶剂；和(c)二成分系或多成分系金属氧化物盐。2.根据权利要求1的电解液，其中金属氧化物盐是离子结合性的氧化物盐。3.根据权利要求1的电解液，其中金属氧化物由下式1表示：[式1]AxMyOz其中A是选自碱金属和碱土金属中的至少一种元素；M是选自非金属、准金属和过渡金属中的至少一种元素；1≤x≤6；1≤y≤7；和2≤z≤24。4.根据权利要求1的电解液，其中金属氧化物当其溶于非水系电解液溶剂时解离生成氧阴离子。5.根据权利要求1的电解液，其中金属氧化物盐是选自以下的至少一种盐：Li4SiO4、Li2B4O7、Li2MoO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、LiTaO3、LiNbO3、Na4SiO4、Na2B4O7、Na2MoO4、Na2WO4、Na2CrO4、Na2TiO3、Na2ZrO3、NaTaO3、NaNbO3、Cs4SiO4、Cs2B4O7、Cs2MoO4、Cs2WO4、Cs2CrO4、Cs2TiO3、Cs2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镐春，金亨珍，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]