[發明專利]一種循環效果好的鋰離子電池及其電解液

有效

• 申請號: 201710609519.3
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107293789B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 胡曉明;梁大宇;包婷婷;王涂亮
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 楊霞;翟攀攀

本發明一種循環效果好的鋰離子電池電解液，包括有機溶劑、鋰鹽及添加劑；所述添加劑包括單異氰酸酯基烷氧基硅烷化合物和成膜化合物；本發明還公開一種循環效果好的鋰離子電池；本發明中的電解液中包含的異氰酸酯基烷氧基硅烷化合物成本低廉，容易合成，作為有效除水劑的同時可以與成膜化合物相互協同作用，在電極材料表面能夠形成穩定的SEI膜，提高了充放電循環過程中正負極材料的結構穩定性好并且避免了電解液在電極表面的分解，因此能夠有效提升鋰離子電池在常溫和高溫條件下的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種循環效果好的鋰離子電池及其電解液。

背景技術

鋰離子電池電解液主要由鋰鹽、有機溶劑以及各類功能添加劑組成，對鋰離子電池的容量、內阻、循環、倍率、安全性等各項性能都有重要影響。電解液的溶劑一般由環狀碳酸酯溶劑如EC、PC和鏈狀碳酸酯類溶劑如DMC、DEC、 EMC等組合形成，具有較好的電化學穩定性、較高的介電常數、較低的熔點和較高的閃點及安全無毒性等特點。電解液質鋰鹽LiPF₆由于在碳酸酯類溶劑中溶解度大，電導率較高，對石墨類負極穩定性較好，是目前商用電解液使用的主要鋰鹽，然而LiPF₆熱穩定性較差且對水分很敏感，遇痕量水即可發生分解生成產生PF₅、HF和LiF等，從而腐蝕集流體、SEI膜和電極活性物質，使得電池性能迅速衰減，循環性能較差。另一方面，伴隨著鋰離子電池比能量密度的提升需求，具有成本低，高電壓，高克容量發揮的三元正極材料例如鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰等在鋰離子電池尤其是動力鋰離子電池中應用越來越廣泛，被認為是下一代鋰離子電池主流正極材料。然而三元正極材料吸水性強，尤其是在高電壓下和較高的鎳含量下，極大地加速了常規電解液分解過程，導致氣脹嚴重，循環性能較差。此外，硅基負極具有比商業化石墨負極更高的克容量發揮而且析鋰風險被極大降低因此也是未來提高鋰離子電池比能量密度的主要方向，但是由于硅基負極在充放電過程中較大的體積膨脹，使得常規的電解液都很難在硅基負極表面形成穩定的SEI膜，循環性較差。因此，篩選尋找新的電解液添加劑化合物，提高電解液的穩定性并開發出能夠使得新型高比能正負極材料實現長循環的新型電解液迫在眉睫。

目前提高鋰離子電池循環性能的相關研究很多，主要的途徑是通過對電解液溶劑體系和特殊功能添加劑的篩選評測，優化電解液配方組成，形成更穩定的SEI膜，從而提升電池循環性能。公開號為CN 105355970A的發明專利報道了一種三元正極材料鋰離子電池電解液，由非水性有機溶劑、鋰鹽及添加劑組成，利用氟代碳酸乙烯酯、含硫有機物和氟代醚三種添加劑共同使用所產生的協同效應，使得三元正極材料電池具有優異的循環性能。公開號為CN 106129473A發明專利提供了一種充放電循環性能優良的硅基負極鋰離子電池的非水電解液。該電解液由溶劑、鋰鹽、不飽和硅氧烷類添加劑和氟代磺酰亞胺鹽類添加劑組成，能綜合提升硅基負極鋰離子電池的高低溫及循環性能。然而目前還沒有找到能夠有效兼顧正負極材料特性，可以同時有效抑制正極材料金屬離子溶出并在負極材料表面形成穩定SEI膜的電解液添加劑，因此還需要更進一步地優化電解液溶劑或添加劑的配方組成，提升正負極材料的穩定性，實現鋰離子電池尤其是高比能鋰離子電池體系綜合性能尤其是循環性能的提升。

發明內容

本發明提出了一種循環效果好的鋰離子電池及其電解液，在電極材料表面能夠形成穩定的SEI膜，提高了充放電循環過程中正負極材料的結構穩定性好并且避免了電解液在電極表面的分解，因此能夠有效提升鋰離子電池在常溫和高溫條件下的循環性能。

本發明提出的一種循環效果好的鋰離子電池電解液，包括有機溶劑、鋰鹽及添加劑；所述添加劑包括單異氰酸酯基烷氧基硅烷化合物和成膜化合物。

優選地，所述單異氰酸酯基烷氧基硅烷化合物選自如通式I所示的化合物中的至少一種：

其中：