[發(fā)明專利]一種含有環(huán)戊烯二腈的高電壓電解液及使用該電解液的鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610155992.4
• 申請(qǐng)日: 2016-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN105742704B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂家斌;仰永軍;萬華平;胡巍;粟彬;劉利文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞市凱欣電池材料有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0567
• 分類號(hào): H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞市冠誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44272
• 代理人: 張作林

本發(fā)明公開了一種含有環(huán)戊烯二腈的高電壓電解液及使用該電解液的鋰離子電池，其特征在于，所述高電壓電解液由電解質(zhì)鋰鹽、非水有機(jī)溶劑和添加劑組成，所述添加劑包含氟代碳酸乙烯酯和環(huán)戊烯二腈化合物，所述的環(huán)戊烯二腈化合物中的腈基官能團(tuán)?CN，可與正極活性材料中過渡金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，減少電解液催化分解并抑制金屬離子溶出，穩(wěn)定高電壓正極活性材料晶體結(jié)構(gòu)，從而改善高電壓電池循環(huán)性能和高溫性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種含有環(huán)戊烯二腈的高電壓電解液及使用該電解液的鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，鉛酸電池和鎳氫電池等傳統(tǒng)原電池的使用日益受到限制。鋰離子電池具有電壓高、比能量大、環(huán)保和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)碼、軍工、儲(chǔ)能和動(dòng)力等領(lǐng)域。為了滿足便攜式移動(dòng)電子設(shè)備向小型化、多功能化方向發(fā)展，終端消費(fèi)者對(duì)鋰離子二次電池的能量密度要求越來越高。

目前，為了提高鋰離子電池能量密度，主要通過選擇高容量、高壓實(shí)的正負(fù)極活性材料和提高正極活性材料充電截止電位。但是提高正極活性材料充電截止電位會(huì)提高其氧化活性，加劇電解液的氧化分解，裂化電池綜合性能；當(dāng)鋰離子電池面臨環(huán)境溫度升高、持續(xù)放電發(fā)熱等高溫狀態(tài)時(shí)，更加速了活性材料結(jié)構(gòu)破壞和電池大量產(chǎn)氣，進(jìn)而引起爆炸、燃燒等安全事故。電解液是鋰離子電池四大關(guān)鍵材料之一，是鋰離子電池獲得長壽命、高安全的保證，開發(fā)電極/電解液界面相容性好、高溫和循環(huán)性能優(yōu)異的電解液是提高鋰離子電池能量密度和安全性能的關(guān)鍵之一。

研究表明，氟代碳酸乙烯酯FEC具有良好的成膜性能和耐氧化性，添加到電解液中可有效改善電池循環(huán)性能。但是在高溫條件下FEC容易分解，其分解產(chǎn)物HF會(huì)破壞正極材料晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致活性材料中金屬離子溶出，加速電解液分解產(chǎn)氣和劣化電池高溫儲(chǔ)存性能。針對(duì)這一不足，目前比較普遍的方法是在電解液中添加丁二腈、己二腈等飽和脂肪腈類物質(zhì)(如申請(qǐng)?zhí)朇N201110157665)，在一定程度上可抑制氟代碳酸乙烯酯引起的高溫產(chǎn)氣。然而，飽和脂肪腈不能在電極表面成膜，主要是通過電場(chǎng)作用物理吸附于正極表面以絡(luò)合金屬離子，吸附作用較弱，未能有效吸附部分容易嵌入負(fù)極，破壞石墨層狀結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上背景技術(shù)及存在的不足，提供一種含有環(huán)戊烯二腈的高電壓電解液及使用該電解液的鋰離子電池，以改善高電壓電池循環(huán)性能和高溫性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種含有環(huán)戊烯二腈的高電壓電解液，由電解質(zhì)鋰鹽、非水有機(jī)溶劑和添加劑組成，所述添加劑包含氟代碳酸乙烯酯和至少一種如結(jié)構(gòu)式I所示的環(huán)戊烯二腈化合物，結(jié)構(gòu)式I為：

結(jié)構(gòu)式I

其中m、n分別為0～3的整數(shù)。

所述如結(jié)構(gòu)式I所示的環(huán)戊烯二腈化合物為3-環(huán)戊烯-1,1-二甲腈、3-環(huán)戊烯-1,1-二乙腈、3-環(huán)戊烯-1,1-二丙腈或3-環(huán)戊烯-1,1-二丁腈的任一種。

所述環(huán)戊烯二腈化合物在電解液中的質(zhì)量百分比為0.1％～5.0％。

所述氟代碳酸乙烯酯在電解液中的質(zhì)量百分比為0.5％～10.0％。

所述電解質(zhì)鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰三種化合物按摩爾比1:0～0.2:0～0.2的組合。

所述非水有機(jī)溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的兩種或兩種以上。

所述添加劑還包括碳酸亞乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、硫酸乙烯酯中的一種或幾種，且上述各添加劑在電解液中的質(zhì)量百分比各自為0.1％～5.0％。