[發明專利]一種鋰離子電池用非水電解質溶液及采用該電解液的鋰離子電池

在審

• 申請號: 201610329976.2
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN105762413A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 占孝云;仰永軍;張彬;萬華平;樂麗華
• 申請（專利權）人: 東莞市凱欣電池材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞市冠誠知識產權代理有限公司 44272
• 代理人: 張作林

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制備技術領域，具體涉及一種鋰離子電池用非水電解質溶液及采用該電解液的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池是新一代最具競爭力的電池，被稱為“綠色環保能源”，是解決當代環境污染問題和能源問題的首選技術。近年來，在高能電池領域中鋰離子電池已取得了巨大成功，但消費者仍然期望綜合性能更高的電池面世，而這取決于對新的電極材料和電解質體系的研究和開發。

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。提升電池的能量密度可以通過：選擇高容量和高壓實正負極材料；提高電池的工作電壓。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。

然而在高電壓電池中，在正極材料充電電壓提高的同時，電解液的氧化分解現象會加劇，從而導致電池性能的劣化。另外，高電壓電池在使用過程中普遍存在正極金屬離子溶出的現象，特別是電池在經過長時間的高溫存儲后，正極金屬離子的溶出進一步加劇，導致電池的保持容量偏低。對于目前商業化的4.3V以上的鈷酸鋰高電壓電池，普遍存在高溫循環和高溫存儲性能差的問題，主要體現在高溫循環后厚度膨脹和內阻增長較大，長時間高溫存儲后容量保持偏低。造成這些問題的因素主要有：(1)電解液的氧化分解。在高電壓下，正極活性材料的氧化活性較高，使得其與電解液之間的反應性增加，加上在高溫下，高電壓正極和電解液之間的反應進一步加劇，導致電解液的氧化分解產物不斷在正極表面沉積，劣化了正極表面特性，導致電池的內阻和厚度不斷增長。(2)正極活性物質的金屬離子溶出與還原。一方面，在高溫下，電解液中的LiPF₆極容易分解，產生HF和PF5。其中HF會腐蝕正極，導致金屬離子的溶出，從而破壞正極材料結構，導致容量流失；另一方面，在高電壓下，電解液容易在正極被氧化，導致正極活性物質的金屬離子容易被還原而溶出到電解液中，從而破壞正極材料結構，導致容量損失。同時，溶出到電解液的金屬離子，容易穿過SEI到達負極獲得電子而被還原成金屬單質，從而破壞了SEI的結構，導致負極阻抗不斷增大，電池自放電加劇，不可逆容量增大，性能惡化。

美國專利US5471862將電解液中的醚類換成鏈狀羧酸酯，形成含有鏈狀羧酸酯、環狀碳酸酯及鏈狀碳酸酯混合溶劑的電解液，避免了醚類與負極的副反應，明顯改善了鋰離子電池的低溫循環性能與高溫存儲性能，但是羧酸酯類溶劑會與負極發生不可避免的副反應。

美國專利US2008/0311481Al(SamsungSDICo.,Ltd)公開含有兩個腈基的醚/芳基化合物，改善電池在高電壓和高溫條件下的氣脹，改善高溫存儲性能,其低溫性能待改進。

發明內容

針對以上背景技術中存在的不足，本發明提供了一種鋰離子電池用非水電解質溶液及采用該電解液的鋰離子電池。

一種鋰離子電池用非水電解質溶液，其包括非水溶劑和溶于該非水溶劑的鋰鹽以及添加劑，該添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、二腈化合物和富馬酸酯類化合物；

二腈化合物結構式為式Ⅰ：

其中，R表示碳原子數為1～10的基團；R獨立地選自亞烴基、乙氧基、苯基、乙烯基的基團中的一種；

富馬酸酯類化合物結構式為式Ⅱ：

其中，R1、R2為碳原子1～4的烷烴或硅烷氧基類基團。

以所述非水電解質溶液的總重量計，所述氟代碳酸乙烯酯的含量為1～6％。

所述的非水有機溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、δ-戊內酯、ε-己內酯中的一種或兩種以上。

所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、雙氟草酸硼酸鋰、二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰和雙氟磺酰亞胺鋰鹽中的一種或兩種以上。

所述二腈化合物的質量百分含量為1％～6％。

所述二腈化合物選自丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、癸二腈、2-甲基戊二腈、2-亞甲基戊二腈、1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1,3-苯二乙腈、1,4-二氰基-2-丁烯中的一種或兩種以上。

所述富馬酸酯類化合物的質量百分含量為0.1％～2％。