[發明專利]高壓電解液、高電壓非水電解液及其鋰離子電池

有效

• 申請號: 201210560439.0
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103887558A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 楊同勇
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及一種含有高電壓添加劑的高壓電解液、高電壓非水電解液以及其組成的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池與其他電池相比，具有質量輕、體積小、工作電壓高、能量密度高、輸出功率大、充電效率高、無記憶效應、循環壽命長等優點，不僅在手機、筆記本電腦等領域得到了廣泛的應用，而且也被認為是電動車、大型儲能裝置的最佳選擇之一。但目前智能手機，平板電腦等電子數碼產品對電池的能量密度要求越來越高，使得商用鋰離子電池難以滿足要求。采用高容量正極材料或高電壓正極材料是提升鋰離子電池能量密度的最有效途徑。

目前高電壓正極材料的研究主要聚焦于LiNi_0.5Mnn_1.5O₄、LiCoPO₄、LiNiPO₄等材料，其放電平臺分別為4.7V、4.8V和5.1V，充電截止電壓均高于4.5V。高容量正極材料以富鋰層狀固溶體材料為研究熱點，其釋放高容量的前提為要將材料充電到4.5V以上。目前商用電解液的工作電壓為4.3V以下，如在4.5V以上電壓下應用會被氧化，此弊端導致性能惡化，嚴重限制了高能鋰離子電池的發展。由此可見，開發高電壓電解液技術勢在必行。目前研究者聚焦于采用高電壓添加劑或高電壓溶劑兩途徑，提升電解液工作電壓。

現有技術一：采用抗氧化電位高的砜類、腈類、離子液體類物質作為電解液的溶劑，可顯著提升電解液的工作電壓達5V以上。

然而，該現有技術存在以下不足：砜類、腈類、離子液體類溶劑作為鋰離子電池電解液容劑，均具有應用弊端。他們的電導率小于商用電解液碳酸酯類溶劑，此將降低電池大電流充放電能力；他們的粘度大于商用電解液的粘度，不僅降低鋰離子的傳遞速率，而且會降低對電極及隔膜的潤濕性能。以上的不足，損害了鋰離子電池的電化學性能，限制了應用。

現有技術二：在商用電解液中添加高電壓添加劑。在起初的數次循環過程中，添加劑發生反應，參與正極表面保護層的形成，阻隔材料和電解液的直接接觸，進而抑制電解液被氧化的副反應。該方案的優點在于加入添加劑的高電壓電解液與其母體的物化性質幾乎相同。例如，專利US20120009485A1P報道了一種磷酸酯類高電壓添加劑，其可顯著提升4.3V級碳酸酯類電解液在4.9V電壓下的應用性能。然而，該技術的難點在于尋找適合的高電壓添加劑材料不容易。

發明內容

鑒于以上內容，有必要提供一種由高電壓添加劑組成的高電壓非水電解液，其可保持鋰離子傳遞動力學性能和電極界面/隔膜潤濕性能，且加入高電壓添加劑的高電壓非水電解液可在4.5V以上電壓下應用。

一種高壓電解液，所述高壓電解液中含有質量百分比為0.1%～10%的高壓添加劑，所述高壓添加劑的結構為X-(R-Z)_n-R-Y，其中，X和Y為下列結構中的一種或多種：

Z為下列結構中的一種或多種：

R為C₁～C₁₀的烷基、烯基、炔基、氧烷基、氧烯基、氧炔基及其鹵代物中的一種或多種，n為0～10；R1、R2為鹵素、氫、烷基、氧烷基或鹵取代烷基或氧烷基中的一種或多種。

一種高電壓非水電解液，包括溶質、溶劑和高電壓添加劑，所述高電壓添加劑結構為X-(R-Z)_n-Ｒ-Y，其中，X和Y為下列結構中的一種或多種：

Z為下列結構中的一種或多種：

R為C₁～C₁₀的烷基、烯基、炔基、氧烷基、氧烯基、氧炔基及其鹵代物中的一種或多種，n為0～10；R1、R2為鹵素、氫、烷基、氧烷基或鹵取代烷基或氧烷基中的一種或多種。

優選地，R1、R2為F、CF₃、C₂F₅、CHC₂F₆、CH₂CF₃、CHCH₂CF₃、OCHCH₂CF₃、OC₂F₅、OCC₃F₉或OC₂F₅。

優選地，所述高電壓添加劑在所述高電壓非水電解液中的質量百分比為0.1%～10%。