[發明專利]一種非水有機電解液、包含它的鋰離子二次電池及其制備方法和終端通訊設備

有效

• 申請號: 201110441051.4
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102522590A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 丁杰
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池領域，特別是涉及一種非水有機電解液、包含它的鋰離子二次電池及其制備方法和終端通訊設備。

背景技術

鋰離子電池是由正、負電極和電解液組成，通過Li⁺嵌入和脫出正負電極材料進行能量交換的一種可充放電的高能電池。隨著鋰離子二次電池應用領域的擴展，包括近年來大型儲能電站、高溫基站備電等新的應用場景的引入，特別是高能量正極材料的陸續研發和應用，人們對具有高能量鋰離子二次電池的需求變得更加迫切。

為了實現鋰離子二次電池的高能量，一般選擇具有高容量或者高嵌脫平臺的正極活性材料來實現。然而，在滿充電高電壓電池體系中，電解液容易在電極表面發生副反應，特別是正極活性物質上的非水有機電解液的氧化分解反應。高電壓高溫存儲過程中，鋰離子二次電池的性能易趨于老化。這主要是因為在長時間的高電壓和高溫(45～60℃)下，鋰離子二次電池碳負極表面覆蓋的有機固體電解質界面(SEI)膜因電化學能量和熱能影響而被分解，這種分解隨著時間的推移而增加。

隨著SEI膜逐漸被破壞，非水有機電解液中的碳酸酯溶劑與由于SEI膜的破壞而暴露的碳負極表面發生連續的副反應并不斷地產生氣體，所產生的氣體包括來自碳酸酯溶劑分解的CO、CO₂、CH₄和C₂H₆等。這取決于所使用的非水有機電解液與碳負極活性物質的類型。產生的氣體會引起電池內部壓力增加，使電池膨脹，電池性能惡化嚴重，甚至電池失效無法正常工作。

常規鋰離子二次電池現有技術中的電解液為4.2V系統，遠不能夠滿足4.8V及以上高電壓鋰離子二次電池用。因此，提供能夠滿足高電壓鋰離子二次電池用的非水有機電解液、包含它的鋰離子二次電池及其制備方法和終端通訊設備意義重大。

發明內容

為解決上述問題，本發明實施例第一方面旨在提供一種非水有機電解液，該非水有機電解液具有優異的化學穩定性和電化學穩定性，可以抑制高電壓下電解液溶劑的分解以及高溫下鋰離子二次電池存儲時的產氣膨脹，能夠滿足4.8V及以上高電壓鋰離子二次電池用。本發明實施例第二方面旨在提供一種包含上述非水有機電解液的鋰離子二次電池，該鋰離子二次電池在充電到4.8V及以上高電壓時仍具有良好的高溫儲存特性和安全性。本發明實施例第三方面旨在提供包含上述非水有機電解液的鋰離子二次電池的制備方法。

第一方面，本發明實施例提供了一種非水有機電解液，包括：

(1)鋰鹽；

(2)非水有機溶劑，非水有機溶劑包含γ-丁內酯和式(I)所示的飽和環狀酯化合物，

式(I)，

其中X₁選自C、S或P基團，Y₁選自O、CH₂或CH₂CH₂基團，R1、R2、R3和R4獨立地選自氫基、鹵素、氰基、硝基和具有一個碳到六個碳的部分鹵代或者全鹵代的碳鏈或者醚類基團；

(3)式(II)所示的不飽和環狀酯化合物，

式(II)，

其中X₂選自C或S基團，Y₂選自O、CH₂或CH₂CH₂基團，R5和R6獨立地選自氫基、鹵素、氰基、硝基和具有一個碳到六個碳的部分鹵代或者全鹵代的碳鏈或者醚類基團；以及

(4)式(III)所示的二腈化合物，

NC-R7-CN式(III)，

R7為含碳數量為1～15的烴基或烴基衍生物。

其中，鋰鹽作為載體，用以保證鋰離子二次電池中鋰離子的基本運行。優選地，鋰鹽選自LiPF₆、LiBF₄、LiSbF₆、LiClO₄、LiCF₃SO₃、LiAlO₄、LiAlCl₄、Li(CF₃SO₂)₂N、LiBOB(雙草酸硼酸鋰)和LiDFOB(二氟草酸硼酸鋰)中的一種或幾種。優選地，鋰鹽在非水有機電解液中的終濃度為0.5～1.5mol/L。

非水有機溶劑中包括γ-丁內酯(GBL)和式(I)所示的飽和環狀酯化合物，用來溶解鋰鹽。