[發明專利]鋰離子二次電池及其電解液

有效

• 申請號: 201410059585.4
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103779604B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 葉士特;付成華;褚春波;王阿忠
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0563
• 分類號: H01M10/0563
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

技術領域

本發明涉及電池領域，尤其涉及一種鋰離子二次電池及其電解液。

背景技術

近幾年，人們對移動消費電子產品的要求越來越高，加大了對高功率、高能量密度的鋰離子二次電池的研究。

但是在滿充狀態下，鋰離子二次電池的整個化學體系具有極高的化學活性。當電子產品持續使用或環境溫度升高時，都可能使鋰離子二次電池處于高溫狀態，這時作為正極活性材料的金屬氧化物顯示出非常強的氧化性，容易與電解液發生氧化反應，導致電解液分解。此外，隨著鋰離子二次電池的高電壓化，電解液在正極片表面的氧化分解會加劇，導致鋰離子二次電池的存儲性能下降。因此，抑制電解液和正極活性材料之間的氧化反應是防止鋰離子二次電池高溫存儲性能惡化的關鍵。

目前為了提高鋰離子二次電池的能量密度，主要采用一些鎳元素含量較高的正極活性材料，如鋰鎳鈷鋁氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物等。但是高鎳含量的正極活性材料在充電截止電壓較高時，會提高正極片的氧化能力，造成電解液的氧化問題更為嚴重。因此對于這種高能量的正極活性材料或當鋰離子二次電池在高電壓下使用時，解決電解液的分解問題尤為迫切。

發明內容

鑒于背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種鋰離子二次電池及其電解液，其在工作電壓為4.3V或更高電壓下，能夠有效抑制電解液的氧化并改善鋰離子二次電池的高溫存儲性能，解決鋰離子二次電池在高壓高溫存儲時造成的電解液的分解及由此導致的鋰離子二次電池脹氣的問題。

為了實現上述目的，在本發明的第一方面，本發明提供了一種鋰離子二次電池電解液，包括：非水有機溶劑；以及鋰鹽，溶解在非水有機溶劑中。所述非水有機溶劑含有具有式I、式II或式III結構的雙腈基酯類化合物，

式I

式II

式III

其中，式I為雙腈基碳酸酯類化合物，式II為雙腈基亞硫酸酯類化物，式III為雙腈基硫酸酯類化合物，n為1～4的整數。

在本發明的第二方面，本發明提供了一種鋰離子二次電池，包括：正極片；負極片；隔離膜，間隔于正極片和負極片之間；以及電解液。其中，所述電解液為根據本發明第一方面的鋰離子二次電池電解液。

本發明的有益效果如下：

相對現有技術，本發明的鋰離子二次電池電解液在電池滿充狀態時具有更好的穩定性，加入的雙腈基酯類化合物能有效鈍化電極對電解液的分解，因此本發明的鋰離子二次電池在高溫高電壓時具有更小的厚度膨脹率，以及更好的高溫存儲性能。

具體實施方式

下面詳細說明根據本發明的鋰離子二次電池及其電解液以及對比例、實施例以及測試結果。

首先說明根據本發明第一方面的鋰離子二次電池電解液。

根據本發明第一方面的鋰離子二次電池電解液，包括：非水有機溶劑；以及鋰鹽，溶解在非水有機溶劑中。所述非水有機溶劑含有具有式I、式II或式III結構的雙腈基酯類化合物，

式I

式II

式III

其中，式I為雙腈基碳酸酯類化合物，式II為雙腈基亞硫酸酯類化物，式III為雙腈基硫酸酯類化合物，n為1～4的整數。若n>4,則容易導致雙腈基酯類化合物的粘度增加，電解液的電導率降低，從而使鋰離子二次電池的高溫存儲性能惡化；同時因為各官能團的空間位阻效應，使得表面反應活性降低，導致其對鋰離子二次電池的高溫存儲性能的改善效果降低。

具有式I、式II或式III結構的雙腈基酯類化合物的分子結構中含有對稱的雙腈基，這種對稱的雙腈基與過渡金屬有較強的絡合作用；同時碳酸酯、亞硫酸酯以及硫酸酯基團和以碳酸酯為主的非水有機溶劑具有更好的相容性，不會產生類似雙腈類的烷烴化合物造成鋰鹽析出的問題；同時這種雙腈基酯類化合物的中心酯類基團可以有效地參與成膜反應，進而阻止電解液和負極片的反應；并且雙腈類的官能團可有效地抑制正極片過渡金屬的溶出，抑制電解液組分在正極片表面的催化分解，從而改善鋰離子二次電池的高溫存儲性能。

在根據本發明第一方面的鋰離子二次電池電解液中，所述具有式I、式II或式III結構的雙腈基酯類化合物的質量可為鋰離子二次電池電解液的總質量的1%～8%。若含量<1%，則對高溫存儲性能的改善效果不明顯，若含量>8%，則其對正負極會產生鈍化作用，導致鋰離子二次電池的內部阻抗增加，降低鋰離子二次電池的容量。