相关申请的交叉引用本申请要求于2022年3月16日提交的韩国专利申请10-2022-0033019号和2023年3月9日提交的10-2023-0031448号的优先权,其公开内容通过引用并入本文。本发明涉及一种具有改善的高温存储特性和高温循环特性的锂二次电池。
背景技术:
1、随着现代社会对电能的依赖逐渐增加而需要提高电能的产量,已经出现了关于能够稳定地供电的大容量储电设备的研发。
2、锂离子电池作为商业化储电设备中显示出能量密度最高的设备而备注关注。
3、锂离子电池由含锂的过渡金属氧化物形成的正极、能够存储锂的负极、包含含有锂盐的有机溶剂的电解液以及隔膜构成。
4、关于其中的正极,通过过渡金属的氧化还原反应储存能量,这导致了正极材料中必须包含过渡金属的事实。
5、然而,问题在于,过渡金属会因重复充放电期间特定正极结构的塌陷而溶解,或者过渡金属会因锂盐的水解/热分解形成的酸、或高工作电位下电解液的副反应而溶出。已知溶出的过渡金属不仅可以通过重新沉积在正极上而增加正极的电阻,而且还可以通过电解液电沉积在负极上而导致负极自放电,增加负极的界面电阻,同时通过破坏负极表面上的固体电解质界面(sei)膜,从而促进额外的电解液分解反应。
6、此外,在将硅类负极活性材料用作为锂离子电池的负极成分的情况下,由于随着循环的进行,sei膜会因电极膨胀而损耗,这可能导致电阻增加以及电解液副反应的增加,因此这类问题可能会对电极结构造成破坏。
7、因此,需要研究一种能够通过在电极表面上形成稳固的钝化膜以防止二次电池劣化的方法。
技术实现思路
1、技术问题
2、本发明的一个方面提供了一种锂二次电池,其中,通过包含含有能够在电极表面形成稳固的膜的添加剂的非水电解液,高温存储特性和高温循环特性得以改善。
3、技术方案
4、在本发明的实施方式中,提供了一种锂二次电池,其包含:
5、正极,
6、包含硅类负极活性材料的负极,
7、设置在正极和负极之间的隔膜,以及
8、包含锂盐、有机溶剂和添加剂的非水电解液,
9、其中该添加剂包括由式1表示的化合物。
10、[式1]
11、
12、其中,在式1中,
13、r1至r3各自独立地为氢或具有1至10个碳原子的烷基。
14、硅类负极活性材料可以是选自由以下组成的组中的至少一种:硅、硅氯化物、硅氧化物(siox 0<x<2)以及硅碳复合物(sic)。具体而言,硅类负极活性材料可以是硅氧化物。
15、负极还可以包含碳类负极活性材料。
16、在这种情况下,硅类负极活性材料和碳类负极活性材料的混合比(重量比)可以为1:99至20:80,具体为1:99至10:90。
17、正极可以包括正极活性材料,该正极活性材料包括锂和选自由镍(ni)、钴(co)、锰(mn)和铝(al)组成的组中的至少一种金属。
18、在式1中,r1至r3可以各自独立地为具有1至8个碳原子的烷基。具体地,在式1中,r1可以是具有1至5个碳原子的烷基,r2和r3可以各自独立地为具有2至6个碳原子的烷基。更具体而言,在式1中,r1可以是具有1至3个碳原子的烷基,r2和r3可以各自独立地为具有2至5个碳原子的烷基。
19、基于非水电解液的总重量,式1表示的化合物的存在量可以为0.1重量%至5.0重量%。
20、有益效果
21、本发明旨在提供一种锂二次电池,其中,由于将包含硅类负极活性材料的负极与非水电解液(包含结构中含有膦酸根(-po(or)2)官能团的化合物作为添加剂)组合使用,因此可以在包含硅类活性材料的负极表面形成稳固的无机成分膜,以防止电池劣化,从而可以实现优异的循环特性和高温存储稳定性。
1.一种锂二次电池,其包含:
2.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,所述硅类负极活性材料是选自由以下组成的组中的至少一种:硅、硅氯化物、硅氧化物以及硅碳复合物(sic),其中硅氧化物由siox表示,0<x<2。
3.如权利要求2所述的锂二次电池,其中,所述硅类负极活性材料是一氧化硅(sio)。
4.如权利要求3所述的锂二次电池,其中,所述一氧化硅(sio)包含重量比为1:1的二氧化硅(sio2)和无定形硅。
5.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,所述负极进一步包含碳类负极活性材料。
6.如权利要求5所述的锂二次电池,其中,所述硅类负极活性材料和所述碳类负极活性材料的混合比以重量比计为1:99至20:80。
7.如权利要求5所述的锂二次电池,其中,所述硅类负极活性材料和所述碳类负极活性材料的混合比以重量比计为1:99至10:90。
8.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,所述正极包含含有锂和选自由镍(ni)、钴(co)、锰(mn)和铝(al)组成的组中的至少一种金属的正极活性材料。
9.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,r1至r3各自独立地为具有1至8个碳原子的烷基。
10.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,r1为具有1至5个碳原子的烷基,并且
11.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,r1为具有1至3个碳原子的烷基,并且
12.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,由式1表示的化合物是由式1a表示的化合物:
13.如权利要求1所述的锂二次电池,其中,基于所述非水电解液的总重量,由式1表示的化合物的存在量是0.1重量%至5.0重量%。
14.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括选自由以下组成的组中的至少一种其他添加剂:环状碳酸酯类化合物、卤代碳酸酯类化合物、磺内酯类化合物、硫酸酯/盐类化合物、磷酸酯/盐类化合物、硼酸酯/盐类化合物、腈类化合物、胺类化合物、硅烷类化合物和锂盐类化合物。
