[发明专利]新型电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

本申请要求2000年1月10日提交的韩国专利申请No.2000-000934的优先权。发明背景

(a)发明领域

本发明涉及锂离子电池，更具体而言，涉及一种新型电解液及含该电解液的锂离子电池，该电池使用包括石墨化炭的阳极和包括含锂的过渡金属氧化物的阴极。

(b)相关技术的描述

自从在各种电化学电池中的锂离子液体蓄电池被Sony Co.首次工业化以来，由于该锂电池具有高能量密度，在便携式电脑及便携式电话等方面的应用不断增加，取代了先前技术中的锂离子蓄电池。该锂离子液体蓄电池含有包括碳质材料作为阳极活性材料的阳极，和包括LiCoO₂等金属氧化物作为阴极活性材料的阴极，通过在该阳极和阴极之间插入一多孔性聚烯烃基隔板，然后注入含有LiPF₆等锂盐的非水性电解液来制备该蓄电池。当电池充电时，阴极活性材料的锂离子被释放出来，然后插入到阳极的碳层中。当电池放电时，情况是相反的，阳极碳层中的锂离子被释放出来，然后插入到阴极活性材料中。该非水性电解液起到在阳极和阴极之间移动锂离子的调节作用。该电解液在电池的运行电压范围内应该是稳定的，并能以足够快的速度转移离子。

作为电解液，U.S.Pat.Nos.5,521,027和5,525,443公开了线性碳酸酯和环状碳酸酯的混合电解液。环状碳酸酯具有较大的极性，因此能充分地离解锂，但由于其粘度较大，具有较低的离子传导率。因此，在这些专利中通过混入具有低极性和低粘度的线性碳酸酯，以降低含有环状碳酸酯的电解液的粘度。

上述环状碳酸酯包括诸如碳酸亚乙酯(EC)，碳酸亚丙酯(PC)，碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸亚丁烯酯(BC)等碳酸酯。PC由于其冰点为-49℃，具有良好的低温性能。但是，如果阳极使用大容量的石墨化炭，当电池充电时，在PC和阳极之间就会存在有意外反应的问题。因此，一般使用EC，因为其在电池中的环状碳酸酯之间形成稳定的保护膜，所述电池含有使用石墨化炭的阳极。但是，如果大量使用EC，由于EC具有较高的熔点(37℃)，电解液的低温性能会突然恶化。为解决这个问题，通常使用两组分的电解液，即将具有低熔点和低粘度的线性碳酸酯作为第二组分与EC混合。

上述线性碳酸酯包括诸如碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC)，和碳酸乙基甲基酯(EMC)等碳酸酯。如果使用熔点最低的EMC(-55℃)，则电池显示出优异的低温性能。

但是，仅仅将环状碳酸酯和线性碳酸酯混合，不能满足锂离子电池对高容量和低温性能的需要。

事实上，已通过向先前技术的电解液中加入另一种电解液或新添加剂，对改善含有EC的电解液的低温性能进行了研究。文献(J.Electrochem.Soc.146(2)，485，1999)公开了一种三组分体系的电解液具有优于二组分体系的优异的低温性能，该三组分体系是EC，碳酸二乙酯(DEC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物。其它文献(J.Fluorine Chem.87(1998)221)公开了向含有EC和DEC的电解液中加入CHF₂COOCH₃可改善低温性能。

类似上面的方法，如果向电解液中加入添加剂，由于其具有较低的冰点和较低的低温粘性，可改善离子传导率，因为可阻止电解液分子彼此之间形成有规的结构。简而言之，如果使用超过三个组分的电解液(该电解液是由合适的有机材料作为第三组分加入到二组分电解液中制得的)，当该电解液具有合适的组成时，可达到冰点降低的结果，并且由于降低了低温粘性，可达到改善低温充电性能的效果。

事实上，电解液在电池的运行电压范围内应当是电化学稳定的，应当对石墨化炭具有低的反应性，并且应当不会由于在阳极上形成稳定的保护膜而缩短充放电循环寿命。但是，已知的电解液中还没有一种满足上述条件。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种新型化合物，该化合物在电池的运行电压范围内是电化学稳定的，因为该化合物的分子内既有环状碳酸酯结构，又有线性碳酸酯结构。该化合物对高电容量的石墨化炭具有较低的反应性，并且不会由于在阳极上形成稳定的保护膜而缩短充放电循环寿命，因此可用作电解液的组分。

另一个目的是提供一种含有上述新型化合物的电解液。

本发明的另一个目的是提供一种具有大电容量和优异低温性能的锂离子电池，该电池含有：包括石墨化炭的阳极，包括含锂过渡金属氧化物的阴极，多孔隔板，和包括锂盐和上述新型化合物的电解液。

优选实施方案的详述

为实现上述目的和其它目的，本发明提供一种式1的化合物：