[發明專利]鋰離子二次電池及其電解液以及酰胺類化合物的應用

有效

• 申請號: 201110456579.9
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102569880A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李利民
• 申請（專利權）人: 深圳新宙邦科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務所 44275
• 代理人: 張明

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池與鋰離子電池電解液，尤其涉及一種錳酸鋰電池及其電解液，并涉及酰胺類化合物在其中的應用。

背景技術

目前普遍使用的二次電池有四種：鉛酸電池，鎳鎘電池，鎳氫電池和鋰離子電池。鋰離子電池因為其具有工作電壓高、體積小、質量輕、比能量高、無記憶效應、自放電小、循環壽命長、環境友好等優點，而被稱為性能最優越的二次電池，號稱“終極電池”。鋰離子電池的市場需求一直保持相當高的增長速度，同時其在電動車上的應用也成為現實。目前鋰離子動力電池已經在電動自行車中得到大力的推廣使用，隨著鋰離子動力電池技術水平的不斷提高，鋰離子動力電池在汽車等大型動力運載工具的應用也會越來越廣泛。

錳酸鋰具有三維隧道結構和較好的脫嵌鋰性質，同時其資源豐富、價格低廉、安全性好、環境友好，因此，被廣泛地用作鋰離子電池正極材料。但是，錳酸鋰電池存在嚴重的容量衰減問題，尤其是在高溫條件下。其容量衰減原因主要有：錳的溶解、Jahn-Teller效應和電解液分解等，其中電解液對錳酸鋰的腐蝕是導致容量衰減和循環性能惡化的直接原因。

在含有鋰鹽的電解液中，錳酸鋰會發生以下兩種的溶解：

第一，酸的作用直接溶解。存在的痕量水會導致鋰鹽分解產生氫離子，氫離子與錳酸鋰發生如下反應：

LiMn₂O₄+4H⁺→Li⁺+λ-MnO₂+Mn²⁺+2H₂O。

第二，固體顆粒表面三價錳離子的歧化溶解，發生以下的反應：

2Mn³⁺(solid)→Mn⁴⁺(solid)+Mn²⁺(solution)。

生成的Mn²⁺溶解在電解液中，錳的溶解不僅使LiMn₂O₄活性物質的絕對量減少，還會引發LiMn₂O₄晶格結構的轉變，使LiMn₂O₄喪失或部分喪失電化學活性，降低其穩定性能，影響電池的循環壽命。

另外，在高溫時，由于高溫的催化，會導致固體顆粒表面三價錳離子的歧化溶解更加劇烈，從而造成LiMn₂O₄在循環過程中容量衰減更加嚴重。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能控制電解液的酸度，抑制Mn²⁺的溶出，從而提高錳酸鋰電池的循環壽命和高溫儲存性能的鋰離子電池用非水電解液，以及基于該電解液的鋰離子電池，并提供了一種酰胺類化合物在鋰離子電池中的應用。

為實現上述發明目的，本發明提供了一種鋰離子電池用非水電解液，所述電解液中含有：

溶劑；

鋰鹽；

如結構式1所示的酰胺類化合物，

結構式1

其中R₁選自碳原子數為4～20的烴基，R₂，R₃分別獨立地選自甲基或者乙基。

在某些實施例中，所述R₁可以選自鏈烴基，例如直鏈的烷基、帶不飽和鍵的烴基、具有支鏈的烷基或具有支鏈且帶不飽和鍵的烴基等；也可以選自帶有環烷基的烴基或帶有芳香環的烴基等。

作為優選方案，上述技術方案中，所述結構式1所示的酰胺類化合物為下列結構式中的一種或多種：

N，N-二甲基丁酰胺，N，N-二乙基丁酰胺，N，N-二甲基戊酰胺，N，N-二乙基戊酰胺，N，N-二甲基己酰胺，N，N-二乙基己酰胺，N，N-二甲基庚酰胺，N，N-二乙基庚酰胺，N，N-二甲基辛酰胺，N，N-二乙基辛酰胺，N，N-甲乙基辛酰胺，N，N-二甲基壬酰胺，N，N-二乙基壬酰胺，N，N-甲乙基壬酰胺，N，N-二甲基癸酰胺，N，N-二乙基癸酰胺，N，N-甲乙基癸酰胺，N，N-二甲基月桂酰胺，N，N-二乙基月桂酰胺，N，N-甲乙基月桂酰胺。

進一步而言，上述技術方案中，所述非水電解液中的溶劑優選自如下的至少一種或幾種：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亞丁酯(BC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁內酯(GBL)、環丁砜、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、丙酸甲酯(MP)及丙酸乙酯(EP)。