[发明专利]锂离子电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，且特别是涉及耐高电压的锂离子电池。

背景技术

由于一次电池不符环保需求，因此近年来可充电式的二次电池系统逐渐受到重视。现今可携式电子产品如数字相机、手机、笔记本电脑皆需要轻量化的电池，且随着可携式电子产品的快速发展和普遍化，这种可重复充电放电的锂离子电池因兼具重量轻、高电压值与高能量密度等特点，因而使得其市场需求量与日剧增。此外，相较于传统的铅蓄电池、镍氢电池、镍锌电池、镍镉电池，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、重量轻、寿命长及环保性好等优点，也是未来应用在可挠式电池的最佳选择。因此，目前对于锂离子电池的诸如轻质耐用、高电压、高能量密度与高安全性等等性能的要求也越来越高，其尤其在轻型电动车、电动车、大型储电产业上的应用及拓展潜力极高。

目前，市面上的商用锂离子电池的电压操作范围一般皆落在3～4.2V的范围内，也因此限制了锂离子电池的应用范围。当锂离子电池的操作电压大于4.5V时，即会造成锂离子电池内部的电解质分解生成氧气与氢气，而造成电池膨胀与性能衰退，并增高其使用危险性。鉴于电动车等高电位及高功率用途的市场发展，能够高单位电压输出/输入的锂离子电池的需求也会快速成长。

有鉴于此，本发明提供锂离子电池及其制造方法，其所制作出的锂离子电池可以具有更高的操作电压。

发明内容

本发明提出一种锂离子电池，其包括阳极、阴极、隔离膜以及电解质溶液。阴极相对于阳极而配置，且隔离膜配置于阳极与阴极之间，其中阳极、阴极与隔离膜共同限定容置区域。电解质溶液配置于容置区域内，而电解质溶液包括有机溶剂、锂盐以及添加剂，其中添加剂占电解质溶液总量的0.1重量％至5重量％，且添加剂包括含磺酰基(sulfonyl)的物质。锂离子电池的全电池电位为4.5V以上。

根据本发明实施方式的锂离子电池，上述含磺酰基的物质为下式(1)所示结构中的至少一种：

式(1)

其中，R及R′分别独立地表示相同或不同的C1～C5烷基、C1～C5烯基或C1～C5醚基，或者R与R′可形成脂环族分子结构。

根据本发明实施方式的锂离子电池，上述由式(1)所表示的含磺酰基的物质选自由下式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)以及式(1-4)所组成的组：

式(1-1)    式(1-2)

式(1-3)    式(1-4)。

根据本发明实施方式的锂离子电池，上述阳极的半电池锂离子迁入电位(还原电位)为0.2V以下。在一实施方式中，阳极包括选自由碳化物、硅化物、锡化物与硅-锡合金化合物所组成的组的材料。

根据本发明实施方式的锂离子电池，上述阴极的半电池锂离子迁出电位(氧化电位)为4.5V以上。在一实施方式中，阴极包括选自由LiNi_xMn_2-xO₄、LiMnPO₄、LiNiPO₄、LiCoPO₄及基于聚阴离子团(polyanion group)的物质所组成的组的材料，其中0＜x＜2。

本发明另外提出一种锂离子电池的制造方法，其包括下列步骤：分别制备阳极以及阴极；以隔离膜将阳极与阴极隔开，而使阳极、阴极与隔离膜共同限定容置区域；以及在容置区域内加入电解质溶液，其中电解质溶液包括有机溶剂、锂盐以及添加剂，且添加剂占电解质溶液总量的0.1重量％至5重量％，且添加剂包括含磺酰基的物质。上述锂离子电池的全电池电位为4.5V以上。

根据本发明实施方式的锂离子电池的制造方法，上述含磺酰基的物质为下式(1)所示结构中的至少一种：

式(1)

其中，R及R′分别独立地表示相同或不同的C1～C5烷基、C1～C5烯基或C1～C5醚基，或者R与R′可形成脂环族分子结构。

根据本发明实施方式的锂离子电池的制造方法，上述由式(1)表示的含磺酰基的物质选自由下式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)以及式(1-4)所组成的组：

式(1-1)    式(1-2)

式(1-3)    式(1-4)。

基于上述说明，本发明的锂离子电池及其制造方法，由于在电解质溶液中加入含磺酰基的物质作为添加剂，并搭配高电压正极材料来制造，因此能够有效提升锂离子电池的操作电压及效能，进而增加锂离子电池的应用范围。