CN104011927B

CN104011927B - 非水电解质溶液和包含其的锂二次电池

Info

Publication number: CN104011927B
Application number: CN201380003281.XA
Authority: CN
Inventors: 林永敏; 李哲行; 安庆昊; 梁斗景
Original assignee: LG Chemical Co Ltd
Current assignee: LG Corp
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-12-24

Abstract

提供了包括碳酸亚丙酯(PC)和双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)的非水电解质溶液，以及包括该非水电解质溶液的锂二次电池。包含本发明非水电解质溶液的锂二次电池可以改善低温输出特性、高温循环特性、高温储存后的输出特性、容量特性、膨胀性能。

Description

非水电解质溶液和包含其的锂二次电池

技术领域

本发明涉及非水电解质溶液和包含该非水电解质溶液的锂二次电池，所述非水电解质溶液包含碳酸亚丙酯(PC)和双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)。

背景技术

随着技术的发展和对移动设备需求的增加导致了对作为能源的二次电池的需求显著增加。在所述二次电池中，具有高能量密度和高电压的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。

锂金属氧化物被用作锂二次电池的阴极活性材料，而锂金属、锂合金、结晶碳或无定形碳、或碳复合材料被用作阳极活性材料。集电器可涂覆有合适厚度和长度的活性材料，或者活性材料自身可以膜的形式涂覆，接着所得产品与绝缘隔膜卷绕或堆叠以制造电极组。随后，将电极组放入罐或与其相似的容器中，然后通过注入电解质溶液制造二次电池。

锂二次电池在进行充电和放电的同时，锂金属氧化物阴极的锂离子在重复进行着进出石墨阳极的嵌入和脱嵌过程。在这种情况下，由于锂是高活性的，因此锂与碳电极反应形成Li₂CO₃、LiO或LiOH。因此，在阳极表面上可形成薄膜。该膜称为“固体电解质界面(SEI)”，其中在充电的初始阶段形成的SEI可以防止充电和放电期间锂离子与碳阳极或其他材料反应。并且，SEI可以起到离子通道的作用，仅仅使锂离子穿过。离子通道可以防止电解质溶液中具有大分子量的有机溶剂——所述有机溶剂使锂离子成溶剂化物并且与锂离子一起移动——共嵌入碳阳极而破坏碳阳极的结构。

因此，为了改善锂二次电池的高温循环特性和低温输出，必须在锂二次电池的阳极上形成坚固的SEI。当SEI在首次充电期间形成后，SEI即可以防止在后续使用该电池造成的重复充电和放电循环期间锂离子与阳极或其他材料的反应，并且SEI可以起离子通道的作用，仅仅使锂离子在电解质溶液和阳极之间穿过。

通常，基于碳酸亚乙酯(EC)的二元电解质和三元电解质可以用作锂离子电池的电解质。然而，由于EC具有高熔点，因此，操作温度可能受到限制，并且在低温下电池性能可能显著下降。

发明内容

技术问题

本发明提供了用于锂二次电池的非水电解质溶液，其可以改善高温循环特性、高温储存后的输出特性、容量特性和膨胀性能以及低温输出特性，并且提供了包括该非水电解质溶液的锂二次电池。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种非水电解质溶液，其包含：i)含有碳酸亚丙酯(PC)的非水性有机溶剂；和ii)双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)。

根据本发明的另一个方面，提供了一种锂二次电池，其包括：含有阴极活性材料的阴极；含有阳极活性材料的阳极；设置在阴极与阳极之间的隔膜；以及非水电解质溶液。

有益效果

对于包含本发明非水电解质溶液的锂二次电池，由于在锂二次电池的初始充电期间可以形成固体电解质界面(SEI)，因此非水电解质溶液可以改善高温循环特性、高温储存后的输出特性、容量特性、膨胀特性以及低温输出特性。

附图说明

图1为示出了根据实验实施例1测定的实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池的低温输出特性随荷电状态(SOC)变化的结果的曲线图；

图2为示出了根据实验实施例2测定的实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池的容量特性随循环数变化的结果的曲线图；

图3为示出了根据实验实施例3测定的实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池在50％SOC时的输出特性随高温储存后的储存时间变化的结果的曲线图；

图4为示出了根据实验实施例4测定的实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池的容量特性随高温储存后的储存时间变化的结果的曲线图；

图5为示出了根据实验实施例5测定的实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池的膨胀性能随高温储存后的储存时间变化的结果的曲线图；

图6为示出了根据实验实施例6测定的实施例1和2与对比实施例4的锂二次电池的低温输出特性随SOC变化的结果的曲线图；

图7为示出了根据实验实施例7测定的实施例1和2与对比实施例4的锂二次电池的容量特性随循环数变化的结果的曲线图；

图8为示出了根据实验实施例8测定的实施例1和2与对比实施例4的锂二次电池的容量特性随高温储存后的储存时间变化的结果的曲线图。

具体实施方式

下文将更具体地描述本发明从而更清楚地理解本发明。应理解本说明书和权利要求中所使用的词语或术语不应解释为在常用词典中定义的含义。还应理解，基于发明人可适当地定义词语或术语的含义以最好地解释本发明的原则，词语或术语应当解释为具有与它们在本发明的相关技术和技术思想的内容中的含义相一致的含义。

本发明的一个实施方案的非水电解质溶液可以包含含有碳酸亚丙酯(PC)的非水性有机溶剂和双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)。

根据本发明的一个实施方案，在双(氟磺酰基)亚胺锂与PC溶剂结合使用的情况中，由于在初始充电期间在阳极可形成坚固的固体电解质界面(SEI)，因此不仅可以改善低温输出特性，还可以防止在高于55℃的高温循环时可能发生的阴极表面分解并防止电解质溶液的氧化反应。因此，电池的容量可通过防止膨胀现象而改进。

一般而言，基于碳酸亚乙酯(EC)的二元电解质和三元电解质可被用作锂离子电池的电解质。然而，由于EC具有高熔点，因此操作温度可能受到限制并且低温时的电池性能可能会显著下降。与此相反，包含碳酸亚丙酯的电解质可以作为优异的电解质，同时，其具有比碳酸亚乙酯电解质更宽的温度范围。

然而，在碳酸亚丙酯作为溶剂与锂盐(例如LiPF₆)一起使用的情况中，在使用碳电极的锂离子电池中形成SEI的过程以及锂离子(被碳酸亚丙酯溶剂化)嵌入碳层之间的过程期间，可发生大量不可逆反应。这可以造成电池性能如高温循环特性的降低。

并且，当经碳酸亚丙酯溶剂化的锂离子嵌入构成阳极的碳层中时，可以发生碳表面层的剥落。剥落之所以可以发生是因为当溶剂在碳层之间分解时产生的气体造成了碳层间的大变形。碳表面层的剥落和电解质溶液的分解可以持续进行。结果，由于当包含碳酸亚丙酯的电解质溶液与基于碳的阳极材料结合使用时不会形成有效的SEI，因此，锂离子不会嵌入。

在本发明中，由于使用碳酸亚乙酯而造成的对低温特性的限制通过使用具有低熔点的碳酸亚丙酯得到了解决，并且当碳酸亚丙酯与锂盐(例如LiPF₆)一起使用时而发生的上述限制可以通过结合使用双(氟磺酰基)亚胺锂而得到解决。

根据本发明的一个实施方案，双(氟磺酰基)亚胺锂在非水电解质溶液中的浓度可以为0.1摩尔/升至2摩尔/升，例如0.6摩尔/升至1.5摩尔/升。在双(氟磺酰基)亚胺锂的浓度小于上述范围的情况中，改善电池的低温输出和高温循环特性的效果可能不显著。在双(氟磺酰基)亚胺锂的浓度大于上述范围的情况中，在电池的充电和放电期间，电解质溶液中的副反应可过度发生，并由此可产生膨胀现象。

为了进一步防止副反应，本发明的非水电解质溶液还可以包含锂盐。通常用于本领域的任何锂盐可以被用作锂盐。例如，所述锂盐可以包括选自以下的任意一种：LiPF₆、LiBF₄、LiSbF₆、LiAsF₆、LiClO₄、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiN(CF₃SO₂)₂、CF₃SO₃Li、LiC(CF₃SO₂)₃和LiC₄BO₈，或其两种或多种的混合物。

根据本发明的一个实施方案，通过调整锂盐与双(氟磺酰基)亚胺锂的混合比例可以改善锂二次电池的低温输出特性、高温储存后的容量特性以及循环特性。

具体而言，锂盐与双(氟磺酰基)亚胺锂的混合比例可以在1:6至1:9的摩尔比范围内。在锂盐与双(氟磺酰基)亚胺锂的混合比例在所述摩尔比范围之外的情况下，在电池的充电和放电期间，电解质溶液中的副反应可过度发生，并由此可产生膨胀现象。具体而言，在锂盐与双(氟磺酰基)亚胺锂的混合比例小于1:6摩尔比的情况下，在锂离子电池中形成SEI的过程期间以及在被碳酸亚丙酯溶剂化的锂离子嵌入阳极的过程期间，可发生大量不可逆反应，并且由于阳极表面层(例如碳表面层)的剥落和电解质溶液的分解，使得二次电池的低温输出、循环特性和高温储存后的容量特性的改善效果可能不会显著。

根据本发明的一个实施方案，作为非水性有机溶剂的碳酸亚丙酯的含量为5重量份至60重量份，优选10重量份至50重量份，基于100重量份的非水性有机溶剂计。在碳酸亚丙酯的量小于5重量份的情况下，由于在高温循环期间阴极表面的分解使得气体连续生成，因此可出现膨胀现象，其中电池厚度增加。在碳酸亚丙酯的量大于60重量份的情况下，在初始充电期间在阳极上可难以形成坚固的SEI。

另外，在非水电解质溶液中除了碳酸亚丙酯，还可以包含非水性有机溶剂，只要非水性有机溶剂可以使由于电池在充放电期间的氧化反应而造成的分解最小化，并且只要其可以与添加剂一起呈现所需的特性，那么对所述非水性有机溶剂不作限制。

本发明的一个实施方案的非水性有机溶剂不可包括碳酸亚乙酯(EC)，并且例如，还可以包括选自以下的任意一种：丙酸乙酯(EP)、丙酸甲酯(MP)、碳酸亚丁酯(butylenecarbonate,BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)，和基于酯、基于醚及基于酮的有机溶剂，或其两种或多种的混合物。

本发明一个实施方案的非水电解质溶液还可以包括基于碳酸亚乙烯酯的化合物和基于磺内酯的化合物。

所述基于碳酸亚乙烯酯的化合物可以起到形成SEI的作用。只要基于碳酸亚乙烯酯的化合物可以起到上述作用，对其种类没有限制，例如，基于碳酸亚乙烯酯的化合物可以包括碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸亚乙烯基亚乙酯(VEC)，或其混合物。在这些材料中，基于碳酸亚乙烯酯的化合物可以特别包括碳酸亚乙烯酯。

另外，本发明的一个实施方案还可以包括基于磺内酯的化合物，其可起到改善电池的低温输出和高温循环特性的作用。只要基于磺内酯的化合物可以起到上述作用，对其种类没有限制，例如，基于磺内酯的化合物可以包括选自以下的任意一种：1,3-丙烷磺内酯(PS)、1,4-丁烷磺内酯和1,3-丙烯磺内酯，或其两种或多种的混合物。在这些材料中，基于磺内酯的化合物可以特别包括1,3-丙烷磺内酯。

本发明的一个实施方案的锂二次电池可以包括含有阴极活性材料的阴极；含有阳极活性材料的阳极；置于阴极与阳极之间的隔膜；以及非水电解质溶液。

在本文中，所述阴极活性材料可以包括基于锰的尖晶石活性材料、锂金属氧化物，或其混合物。此外，所述锂金属氧化物可以选自基于锂-锰的氧化物、基于锂-镍-锰的氧化物、基于锂-锰-钴的氧化物和基于锂-镍-锰-钴的氧化物，例如，其可以包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、Li(Ni_aCo_bMn_c)O₂(其中0<a<1、0<b<1、0<c<1且a+b+c＝1)、LiNi_1-YCo_YO₂、LiCo_1-YMn_YO₂、LiNi_1-YMn_YO₂(其中0≤Y<1)、Li(Ni_aCo_bMn_c)O₄(其中0<a<2、0<b<2、0<c<2且a+b+c＝2)、LiMn_2-zNi_zO₄、和LiMn_2-zCo_zO₄(其中0<z<2)。

作为阳极活性材料，可以使用基于碳的阳极活性材料，例如结晶碳、无定形碳或碳复合材料，其可以单独使用或者两种或多种结合使用。例如，阳极活性材料可以包括石墨碳，如天然石墨和人造石墨。

另外，作为隔膜，可以使用多孔聚合物薄膜，例如，由基于聚烯烃聚合物制备的多孔聚合物薄膜(如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物以及乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物)，其可以单独使用或者以两种或多种结合使用。此外，可以使用常规多孔无纺布，例如由高熔点玻璃纤维或聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维形成的无纺布。然而，隔膜并不限于此。

实施例

下文将根据实施例和实验实施例更详细地描述本发明。然而，本发明并不限于此。

实施例1

[非水电解质溶液的制备]

非水电解质溶液的制备如下：基于非水电解质溶液的总重量计，将0.1摩尔/升的LiPF₆、0.9摩尔/升的双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、3重量％的碳酸亚乙烯酯(VC)和0.5重量％的1,3-丙烷磺内酯(PS)加入到非水性有机溶剂中，所述非水性有机溶剂具有碳酸亚丙酯(PC):碳酸甲乙酯(EMC):碳酸二甲酯(DMC)的体积比为2:4:4的组成。

[锂二次电池的制备]

阴极混合物浆料的制备如下：将96重量％的作为阴极活性材料的LiMn₂O₄和Li(Ni_0.33Co_0.33Mn_0.33)O₂、3重量％作为导电剂的碳黑和3重量％作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVdF)加入到作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中。用所述阴极混合物浆料涂覆作为阴极集电器的约20μm厚的铝(Al)薄膜并且干燥，然后辊压Al薄膜以制备阴极。

另外，阳极混合物浆料的制备如下：将96重量％作为阳极活性材料的碳粉、3重量％作为粘合剂的PVdF和1重量％作为导电剂的碳黑加入到作为溶剂的NMP中。用所述阳极混合物浆料涂覆作为阳极集电器的10μm厚的铜(Cu)薄膜并且干燥，然后辊压Cu薄膜以制备阳极。

通过常规方法使用聚乙烯(PE)隔膜与如上制备的阴极和阳极制备聚合物型电池，然后通过注入制备的非水电解质溶液完成锂二次电池的制备。

实施例2

以与实施例1相同的方式制备非水电解质溶液和锂二次电池，不同之处在于，基于非水电解质总重量计，使用0.1摩尔/升的LiPF₆和0.6摩尔/升的LiFSI。

对比实施例1

以与实施例1相同的方式制备非水电解质溶液和锂二次电池，不同之处在于，使用具有其中EC:EMC:DMC的体积比为3：3：4的组成的非水性有机溶剂，并且仅使用LiPF₆作为锂盐。

对比实施例2

以与实施例1相同的方式制备非水电解质溶液和锂二次电池，不同之处在于，使用具有其中EC:EMC:DMC的体积比为3：3：4的组成的非水性有机溶剂。

对比实施例3

以与实施例1相同的方式制备非水电解质溶液和锂二次电池，不同之处在于仅使用LiPF₆作为锂盐。

对比实施例4

以与实施例1相同的方式制备非水电解质溶液和锂二次电池，不同之处在于，基于非水电解质总重量计，使用0.1摩尔/升的LiPF₆和0.5摩尔/升的LiFSI。

实验实施例1

<低温输出特性测试>

低温输出由电压差计算，所述电压差通过在-30℃下针对所述荷电状态(SOC)将实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池以0.5C放电10秒而获得。其结果示于图1。

参考图1，从20％SOC起，实施例1的锂二次电池比对比实施例1至3的锂二次电池具有更好的输出特性，并且从60％SOC起，实施例1的锂二次电池的输出特性开始呈现出与对比实施例的输出特性相比更显著的差异。另外，在SOC为100％的情形中，可知实施例1的锂电池的低温输出特性相较于对比实施例1至3的锂二次电池的低温输出特性改善了约1.2至1.4倍或更多。

可以证实通过使用碳酸亚丙酯而不使用碳酸亚乙酯作为非水性有机溶剂可以显著改善低温特性。

实验实施例2

<高温(55℃)循环特性测试>

在恒定电流/恒定电压(CC/CV)的条件下将实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池在55℃下以1C充电至4.2V/38mA，然后以3C的恒定电流(CC)放电至3.03V的电压以测定放电容量。充电和放电循环重复1至900次，测得的放电容量示于图2。

如图2所示，直至200个循环，本发明实施例1的锂二次电池呈现出与对比实施例1至3的锂二次电池类似的容量保持率。然而，在约360次循环后，可以获得容量保持率显著不同的差异。

因此，可以理解的是，与对比实施例1至3相比，根据本发明的实施方案将碳酸亚丙酯与双(氟磺酰基)亚胺锂结合使用的锂二次电池(实施例1)在55℃的高温下随循环特性变化具有显著更优异的放电容量特性。

实验实施例3

<高温储存后的输出特性>

将实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池在60℃下储存14周，然后由电压差计算输出，所述电压差通过在50％SOC时将锂二次电池以5C放电10秒获得。结果示于图3。

参考图3，对于在60℃储存后在50％SOC时的输出特性，可以证实根据本发明实施例1将碳酸亚丙酯与双(氟磺酰基)亚胺锂结合使用的锂二次电池显著优于对比实施例1至3的锂二次电池。具体而言，对于实施例1，可以证实的是即使在高温条件下，在2周的储存时间后，其输出特性有所增加，并且直至14周的储存时间为止，其输出特性随着储存时间的增长而持续得到改善。相比之下，对于对比实施例1和3，其初始输出特性不同于实施例1的输出特性，并且在14周的储存时间时，其输出特性显著不同于实施例1的输出特性。另外，对于对比实施例2，其初始输出特性与实施例1的类似。然而，在2周的储存时间后，其输出特性逐渐下降，并且如同对比实施例1和3，在14周的储存时间时，其输出特性与实施例1的输出特性显著不同。

实验实施例4

<高温储存后的容量特性测试>

将实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池在60℃下储存14周，然后在CC/CV条件下以1C充电至4.2V/38mA。接着以1C的CC将锂二次电池放电至3.0V的电压以测定放电容量。其结果示于图4。

参考图4，直到2周的储存时间为止，实施例1的容量特性与对比实施例1和3的容量特性之间均没有差异。然而，对于对比实施例1至3，在4周的储存时间以后，其容量特性随着储存时间的增加而逐渐下降。在8周的储存时间后，可知实施例1的容量特性与对比实施例1至3的容量特性之间的差异逐渐增加。

因此，可以证实相较于对比实施例1至3的锂二次电池，实施例1的锂二次电池高温储存后的容量特性有所改善。

实验实施例5

<高温储存后的膨胀性能测试>

将实施例1和对比实施例1至3的锂二次电池在60℃下储存14周，然后在95％SOC时储存电池后测量电池的厚度。其结果示于图5。

参考图5，对于对比实施例1至3的锂二次电池，在2周的储存时间后，电池的厚度显著增加。相比之下，实施例1的锂二次电池的厚度与对比实施例的电池的厚度相比增加幅度小。

因此，可知由于碳酸亚丙酯结合双(氟磺酰基)亚胺锂使用，所以可以改进防止电池膨胀的效果，即使是在高温储存后的储存时间增加的情况下。

实验实施例6

<随LiPF₆与LiFSI的摩尔比而定的低温输出特性测试>

为了研究随LiPF₆与LiFSI的摩尔比而定的低温输出特性，由电压差计算低温输出，所述电压差通过在-30℃下针对所述SOC将实施例1和2以及对比实施例4的锂二次电池以0.5C放电10秒而获得。其结果示于图6。

参考图6，从20％SOC起，LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:9的实施例1的锂二次电池与LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:5的对比实施例4的锂二次电池相比，具有显著更好的输出特性。从60％SOC起，实施例1的锂电池的输出特性开始呈现出与对比实施例4的锂电池的输出特性相比更显著的差异。

另外，LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:6的实施例2的锂二次电池的低温输出特性相较于LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:9的实施例1的锂二次电池有所下降。

LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:6的实施例2的锂二次电池呈现出与LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:5的对比实施例4的锂二次电池类似的输出特性。然而，可知的是从90％或更大的SOC起，实施例2的锂二次电池的低温输出特性相较于对比实施例4的锂二次电池有所改善。

因此，可以证实通过调整LiPF₆与LiFSI的摩尔比可以改善锂二次电池的低温输出特性。

实验实施例7

<随LiPF₆与LiFSI的摩尔比而定的高温(55℃)循环特性测试>

为了研究随LiPF₆与LiFSI的摩尔比而定的高温(55℃)循环特性，在55℃下，在CC/CV条件下将实施例1和2及对比实施例4的锂二次电池以1C充电至4.2V/38mA，然后以3C的CC放电至3.03V的电压以测定放电容量。充电和放电循环重复1至1000次，测得的放电容量示于图7。

如图7所示，直至约70次循环，本发明实施例1的锂二次电池与对比实施例4的锂二次电池均呈现出类似的容量保持率。然而，从约70次循环至1000次循环，容量保持率的差异可达到约7％或更多。

直至约600次循环，实施例2的锂二次电池呈现出与对比实施例4的锂二次电池显著不同的容量保持率。可以证实随着循环数的增加，对比实施例4的锂二次电池的曲线图的斜率显著下降。另外，可知，从900次循环至1000次循环，实施例2的锂二次电池与对比实施例4的锂二次电池相比，容量保持率相差约3％至5％。

因此，可以证实，在LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:6至1:9的情况下的锂二次电池的高温(55℃)循环特性显著优于摩尔比在上述范围之外的情形。

实验实施例8

<随LiPF₆与LiFSI的摩尔比而定的高温(60℃)储存后的容量特性测试>

为了研究随LiPF₆与LiFSI的摩尔比而定的高温(60℃)储存后的容量特性，将实施例1和2及对比实施例4的锂二次电池在60℃下储存14周，然后在CC/CV条件下以1C充电至4.2V/38mA。随后，锂二次电池以1C的CC放电至3.0V的电压以测定放电容量。其结果示于图8。

参考图8，直到1周的储存时间为止，实施例1和2的锂二次电池的容量特性与对比实施例4的锂二次电池的容量特性相比没有差异。然而，在2周的储存时间后，可知实施例1和2的容量特性之间的差异——相比于对比实施例4——有所增加。

具体而言，直至14周的储存时间，实施例1的锂二次电池的曲线图的斜率较缓。结果，在14周的储存时间时，实施例1的锂二次电池与对比实施例4的锂二次电池相比，容量保持率相差约6％或更多。

可以证实在2周的储存时间后，对比实施例4的锂二次电池的曲线图的斜率显著下降并且随着储存时间的增加，容量特性逐渐下降。

因此，通过调整LiPF₆与LiFSI的摩尔比可以改善锂二次电池的高温储存特性。具体地，可以证实，在LiPF₆与LiFSI的摩尔比为1:6至1:9的情况下的锂二次电池的高温储存特性显著优于摩尔比在上述范围之外的情形。

工业适用性

当本发明的一个实施方案的非水电解质溶液用于锂二次电池时，在锂二次电池的初始充电期间可以在阳极上形成坚固的SEI，因此，非水电解质溶液可以改善高温循环特性、高温储存后的输出特性、容量特性、膨胀性能以及低温输出特性。因此，所述非水电解质溶液可以适用于锂二次电池。

Claims

1.一种非水电解质溶液，其包含：

i)含有碳酸亚丙酯(PC)的非水性有机溶剂；和

ii)双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)，

其中所述非水电解质溶液还包含锂盐，并且

其中锂盐与双(氟磺酰基)亚胺锂的混合比例在1:6至1:9的摩尔比范围内。

2.权利要求1的非水电解质溶液，其中双(氟磺酰基)亚胺锂在非水电解质溶液中的浓度为0.6摩尔/升至1.5摩尔/升。

3.权利要求1的非水电解质溶液，其中所述非水电解质溶液不包含碳酸亚乙酯(EC)。

4.权利要求1的非水电解质溶液，其中碳酸亚丙酯的量为5重量份至60重量份，基于100重量份的非水性有机溶剂计。

5.权利要求4的非水电解质溶液，其中碳酸亚丙酯的量为10重量份至50重量份，基于100重量份的非水性有机溶剂计。

6.权利要求1的非水电解质溶液，其中所述非水性有机溶剂还包括选自以下的任意一种：丙酸乙酯(EP)、丙酸甲酯(MP)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)，或上述化合物的两种或多种的混合物。

7.权利要求1的非水电解质溶液，其中所述非水性有机溶剂还包括选自以下的任意一种：基于酯、基于醚及基于酮的有机溶剂，或上述化合物的两种或多种的混合物。

8.权利要求1的非水电解质溶液，其中所述非水电解质溶液还包含基于碳酸亚乙烯酯的化合物和基于磺内酯的化合物。

9.权利要求8的非水电解质溶液，其中所述基于碳酸亚乙烯酯的化合物包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯，或其混合物。

10.权利要求8的非水电解质溶液，其中所述基于磺内酯的化合物包括选自以下的任意一种：1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯和1,3-丙烯磺内酯，或其两种或多种的混合物。

11.权利要求1的非水电解质溶液，其中所述锂盐包括选自以下的任意一种：LiPF₆、LiBF₄、LiSbF₆、LiAsF₆、LiClO₄、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiN(CF₃SO₂)₂、CF₃SO₃Li、LiC(CF₃SO₂)₃和LiC₄BO₈，或其两种或多种的混合物。

12.一种锂二次电池，其包括：

含有阴极活性材料的阴极；

含有阳极活性材料的阳极；

置于阴极与阳极之间的隔膜；以及

权利要求1的非水电解质溶液。

13.权利要求12的锂二次电池，其中所述阳极活性材料包括基于碳的阳极活性材料。

14.权利要求13的锂二次电池，其中所述阳极活性材料包括石墨碳。