[發明專利]一種非水電解質及包含該非水電解質的鋰離子電池

在審

• 申請號: 201210250863.5
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN102780037A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 陳小波;袁慶豐;楊建東;楊先明
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明屬于非水電解質電池技術領域，尤其涉及一種非水電解質及包含該非水電解質的鋰離子電池。?

背景技術

在各種消費類電池產品中，小型的可充電鋰離子電池已經得到了廣泛的應用，如應用在手機、MP3/MP4和GPS導航儀等中。近年來，低碳經濟方興未艾，動力汽車和電網儲能迅猛發展，其對可充電鋰離子電池也提出了新的要求。?

小到電動工具、筆記本電腦用鋰離子電池，大到車載動力電源用鋰離子電池，通常是以電池包的形式串聯和/或并聯在一個較密閉的空間里，因此，電池在充放電過程中的產熱和環境干擾的產熱將很難及時地散發出去。也就是說，鋰離子電池將較長時間地處于一個較高溫度的環境中運行或儲能，因此改善鋰離子電池的耐熱性能及其在較高溫度下的使用壽命變得尤為重要。?

本技術領域中改善鋰離子電池高溫熱穩定性的主要技術方案有兩類。其中一類改善思路是改進電芯結構，降低其內阻，減少電池本身的產熱量，如公開號為CN201397857Y的專利申請就公開了一種具優越散熱性能的動力型鋰離子電池和工藝。另一類改善思路是提高電池的耐熱能力。例如，US6372385公開了在正極活性物質顆粒表面包覆一層穩定的無機氧化物，如Al₂O₃，MgO和ZrO₂等，以提高電池的耐熱性能。然而這些物質通常沒有電化學活性，即沒有嵌/脫鋰離子的能力，且大多電阻率較高，包覆太多將減少材料的倍率性能，甚至影響材料比容量的發揮，包覆太少又起不到改善耐熱的效果，因此較難權衡。再如，US20080311481和CN200580017212公開了通過在非水電解質中加入添加劑，如腈類（NC-R-CN），使其在正極成膜或者是捕捉正極離子，從而減弱電極界面與非水電解質的反應，從而達到改善高溫性能的目的，但是這種方法的改善效果不是特別明顯。?

考慮到單氟苯和二氟苯自身具有高介電常數、低黏度和低凝固點等優異的物理化學性能，因此，單氟苯和二氟苯具有作為非水電解質溶劑的潛力。但在以往的技術中，單氟苯和二氟苯均用作添加劑，用量也不大。?

我們克服了單氟苯和二氟苯只能用作非水電解質添加劑而不能用作非水電解質溶劑的偏見，而提供了一種能夠明顯改善鋰離子電池的耐熱性能及其在較高溫度下的使用壽命的非水電解質及包含該非水電解質的鋰離子電池。?

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種能夠明顯改善鋰離子電池的耐熱性能及其在較高溫度下的使用壽命的非水電解質，以克服現有技術中的非水電解質耐熱性能不佳，在較高溫度下的使用壽命較短的不足。?

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：一種非水電解質，包括溶劑、溶質和添加劑，所述溶劑包括碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸甲乙酯（EMC），所述溶劑還包括氟苯類化合物，所述氟苯類化合物為單氟苯和/或二氟苯，以溶劑為基，按體積百分比計算，所述碳酸乙烯酯的含量為0%～40%，所述碳酸丙烯酯的含量為10%～40%，所述碳酸二乙酯的含量為5%～50%，所述碳酸甲乙酯的含量為0%～40%，所述氟苯類化合物的含量為２%～４0%，所述添加劑為腈類、醋酸乙烯酯和碳酸亞乙烯酯中的一種，所述腈類的化學式為NC-R-CN，其中R為烷基，R含有的碳原子為2~6。?

如前所述，單氟苯和二氟苯自身有著高介電常數、低黏度和低凝固點等優異的物理化學性能，這就保證了單氟苯和二氟苯可作為一種非水電解質的溶劑，能夠很好地兼顧電池的倍率性能和低溫性能。本發明的發明人在實驗中意外的發現所提供的非水電解質中，單氟苯和二氟苯在鋰離子電池充電過程中可以與低電位的負極發生還原反應。當電池在首次充電的過程中，單氟苯和二氟苯在負極表面形成的保護膜可有效阻止其他溶劑組分（如碳酸丙烯酯）與石墨發生共嵌入反應，從而有效地保護了負極。在電池的后續使用過程中，負極表面的保護膜可能遭到破壞，在單氟苯和/或二氟苯含量較高的情況下，又可以優先在裸露的負極表面成膜，如此循環，可有效地提高鋰離子電池的循環壽命。更有趣的是，單氟苯和二氟苯又可以與高電壓的正極發生氧化反應，在正極表面形成一層保護膜，從而可有效地減弱電極界面與非水電解質的反應，改善電池的高溫存儲性能和抗過充安全性能，抑制電池在高溫下的膨脹。?

為了更有效地避免碳酸丙烯酯與負極石墨的共嵌入反應，以明顯改善電池的高溫性能，本發明在非水電解質中加入了添加劑，從而大大提高了負極的穩定性，并改善了電池的低溫性能，使電池的各種性能都表現優異。?