[發明專利]一種鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 201710365119.2
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN108933277B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 臧旭峰;邢玉金;李中凱;周曉蒙;鈕博翔;鄭卓群
• 申請（專利權）人: 微宏動力系統(湖州)有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0569
• 代理公司: 上海波拓知識產權代理有限公司 31264
• 代理人: 劉萍萍

本發明提供一種鋰離子二次電池，包括正極、負極、隔膜及非水電解液；所述非水電解液包括基礎組分及電解質鹽，所述基礎組分包括溶劑；所述溶劑包括含氟且含磷的化合物，及叔羧酸酯。所述非水電解液能達到明顯改善鋰離子二次電池性能的目的。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池。

背景技術

近年來，電動汽車作為新能源交通工具受到廣泛的關注，鋰離子二次電池具有的高功率密度、高能量密度、長循環壽命等顯著優點，正逐步取代傳統電池。

然而，電動汽車起火事件偶有發生，安全性能始終是鋰離子二次電池拓展應用的一個“絆腳石”。這主要是由于商業化的鋰離子電池用電解液為易燃的碳酸酯(醚)混合溶劑與LiPF₆復配體系，其在過充、短路、受熱等條件下，電池內部由于熱量聚集會引起熱失控進而導致電池著火、燃燒，甚至爆炸。羧酸酯系溶劑介電常數較高而黏度較小，是碳酸酯之外被廣泛使用的非水電解液溶劑。早先，被普遍使用于對低溫輸出特性要求高的鋰離子二次電池。隨著對高能量密度的追求，正負極的負載質量增加、壓實密度提高，對電解液的浸潤能力也提出更高要求。線性羧酸酯包括甲酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯和丙酸甲酯等，這類溶劑的黏度比碳酸酯溶劑小，作為電解液的溶劑，可以明顯降低電解液的黏度，提升電解液對極片、隔膜的浸潤性，提升鋰離子在電極以及隔膜微孔中的擴散速度，從而提高鋰二次電池的倍率性能并同時抑制鋰在負極極片表面析出。然而，一級羧酸酯、二級羧酸酯電化學窗口較窄，當負極使用高結晶化的碳材料如石墨時，由于金屬鋰或鈉在負極上形成活性物種(C₆Li)，與羧酸酯中羰基相鄰的碳原子上的活性氫發生反應，產生氣體，致使電池內阻上升，或者導致循環特性和荷電保持特性下降。此外，線性羧酸酯用于非水電解液溶劑時，其閃點低、易燃、耐氧化能力不夠高的特點導致其所制備的電芯安全隱患大。最為重要的是，線性羧酸酯的高潤濕能力具有兩面性。一方面，如上所述，有利于電解液對極片、隔膜的浸潤，促使電池性能良性循環；另一方面，電解液對極耳膠的潤濕性也會增加，致使電池極耳與電池外包裝(鋁塑膜)之間的封裝難度提升，表現為電池的絕緣電阻下降，長期使用時存在安全隱患。為了拓寬羧酸酯的電化學窗口，氟代羧酸酯也被廣泛研究。本發明研究人員通過大量實驗發現，氟代羧酸酯，例如三氟乙酸乙酯，其電化學性能仍不夠穩定。通過氟代，雖然可以增加羧酸酯分子的耐氧化能力，但是由于氟原子是強吸電子基團，導致羧酸酯分子中的羰基進一步極化，羰基碳原子或者羰基氧原子反應活性增強，電解液的本征化學穩定性下降且仍然不能解決電池極耳與電池外包裝之間的絕緣電阻偏低的問題。

發明內容

本發明提供一種鋰離子二次電池，包括正極、負極、隔膜及非水電解液；所述非水電解液包括基礎組分及電解質鹽，所述基礎組分包括溶劑組分；所述溶劑包括如式(I)和/或如式(II)所示的含氟且含磷的化合物，及如式(A)所示的叔羧酸酯：

其中，所述R選自碳原子數為1～8的烷基；所述R₁、R₂和R₃分別選自至少一個氫原子被氟原子取代且碳原子數為1～4的烷基或R₁、R₂和R₃分別選自至少一個氫原子被氟原子取代且碳原子數為1～4的烷氧基；所述X₁～X₆分別表示碳原子數為1～8的烷氧基；或X₁～X₆分別表示氟原子。

本發明式(I)和/或如式(II)為含氟且含磷的化合物，所述X₁～X₆分別表示碳原子數為1～8的含氟的烷氧基；或X₁～X₆分別表示氟原子。