[發(fā)明專利]一種鎳基陰極鋰離子電池用電解液及鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310092064.4
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN103208653B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘松材;胡念;姜玲燕;張耀
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0567
• 分類號(hào): H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎳基陰極鋰離子電池用電解液及包含該電解液的鋰離子電池。

背景技術(shù)

近年來，電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展促進(jìn)了鋰離子電池的迅速增長，也對鋰離子電池提出了更高的能量密度要求，而且還要求鋰離子電池可以在惡劣的環(huán)境下仍能正常工作，如在高溫（-80℃）和低溫（-20℃）環(huán)境下都能正常充放電。

包含鎳基陰極材料的鋰離子電池具有容量大、電壓平臺(tái)高和安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但是，現(xiàn)有的電解液體系難以完全滿足采用鎳基陰極材料的鋰離子電池的工業(yè)化應(yīng)用，特別是其高溫性能（如高溫存儲(chǔ)性能）還不盡如人意。目前商品化的鋰離子電池的電解液一般由LiPF₆溶解在碳酸酯混合溶劑中構(gòu)成，但這類電解液體系熱穩(wěn)定性差，成本高，存在一定的安全隱患，制約著鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展，尤其是使用鎳基材料作為陰極材料的鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。因此需要對現(xiàn)有的電解液體系進(jìn)行改進(jìn)，以滿足使用鎳基材料作為陰極材料的鋰離子電池的使用需求。

液體電解液公認(rèn)的改進(jìn)途徑主要包括設(shè)計(jì)、合成新型鋰鹽(如有機(jī)磷酸鋰鹽、有機(jī)硼酸鋰鹽)和開發(fā)新型的電解液體系（如以低熔點(diǎn)的碳酸丙烯酯代替高熔點(diǎn)的碳酸乙烯酯、加入添加劑等）。雙草酸硼酸鋰[LiB(C₂O₄)₂，LiBOB]是人們最近開發(fā)出的新型有機(jī)硼酸鋰鹽之一，具有良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，與碳酸丙烯酯（PC）等有機(jī)溶劑構(gòu)成的電解液在陽極上能形成穩(wěn)定而致密的固體電解質(zhì)相界面（SEI）膜，具有良好的循環(huán)性能，特別是高溫循環(huán)性能，是最可能替代現(xiàn)有電解質(zhì)LiPF₆?實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的鋰鹽。但是雙草酸硼酸鋰在碳酸酯溶劑中的溶解度較小，其較低的濃度與電導(dǎo)率不能滿足工業(yè)化要求與日益增長的能量密度的要求；且其低溫性能較以LiPF₆為鋰鹽的電解液體系差。

有鑒于此，確有必要提供一種鎳基陰極鋰離子電池用電解液及包含該電解液的鋰離子電池，通過添加環(huán)磷腈衍生物和環(huán)狀醚類化合物可以改善添加了含硼鋰鹽添加劑的電解液的低溫性能、高溫存儲(chǔ)穩(wěn)定性以及循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種鎳基陰極鋰離子電池用電解液及包含該電解液的鋰離子電池，通過添加環(huán)磷腈衍生物和環(huán)狀醚類化合物可以改善添加了含硼鋰鹽添加劑的電解液的低溫性能、高溫存儲(chǔ)穩(wěn)定性以及循環(huán)性能。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鎳基陰極鋰離子電池用電解液，包括非水有機(jī)溶劑和鋰鹽，還包括含硼鋰鹽添加劑、環(huán)狀醚類化合物和環(huán)磷腈化合物，所述環(huán)磷腈化合物為六苯氧基環(huán)磷腈或化學(xué)式（1）表示的環(huán)磷腈衍生物：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆為氫、鹵素、烷基、烯烴基、鹵代烷基、芳香基、含有鹵素取代基的芳香基團(tuán)或含氧基團(tuán)，所述含氧基團(tuán)為烷氧基、鹵代烷氧基、含氧芳香基團(tuán)或含有鹵素取代基的含氧芳香基團(tuán)，并且

（1）R₁、R₃和R₅中至少兩者為鹵素，所述鹵素為F或Cl；

（2）R₂、R₄和R₆中至少一者為含氧基團(tuán)，當(dāng)三者中有且只有一者為含氧基團(tuán)時(shí)，該含氧基團(tuán)為含氧芳香基團(tuán)或含有鹵素取代基的含氧芳香基團(tuán)。

其中，鎳基陰極鋰離子電池是指采用鎳基材料作為陰極活性物質(zhì)的鋰離子電池。

作為本發(fā)明鎳基陰極鋰離子電池用電解液的一種改進(jìn)，化學(xué)式（1）表示的環(huán)磷腈衍生物為由下述式（I）至（XIV）表示的環(huán)磷腈衍生物中的至少一種：

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?????

??????

?????和??。

作為本發(fā)明鎳基陰極鋰離子電池用電解液的一種改進(jìn)，所述環(huán)磷腈化合物占電解液總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為0.5%~20%。

作為本發(fā)明鎳基陰極鋰離子電池用電解液的一種改進(jìn)，所述環(huán)狀醚化合物占電解液總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為0.5%~10%。

作為本發(fā)明鎳基陰極鋰離子電池用電解液的一種改進(jìn)，所述含硼鋰鹽添加劑為LiBF₄、LiBOB和LiDFOB（二氟草酸硼酸鋰）中的至少一種。