[發(fā)明專利]一種高能量密度鋰離子電池及其電解液

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810588362.5
• 申請(qǐng)日: 2018-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108598488B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱學(xué)全;譚熠偉;黃慧聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞市杉杉電池材料有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 潘俊達(dá)

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高能量密度鋰離子電池及其電解液，本發(fā)明在電解液中添加有添加劑A、添加劑B、添加劑C和添加劑D；所述添加劑A為保證循環(huán)性能的負(fù)極成膜添加劑，所述添加劑B為改善高溫性能的添加劑，所述添加劑C為固體電解質(zhì)膜的修飾性添加劑，所述添加劑D為抑制電解液分解的添加劑。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)A+B+C+D四類添加劑的聯(lián)合使用，在有限空間范圍內(nèi)可以保證高比能量電池體系在較低保液量的前提下具備長(zhǎng)循環(huán)性能，同時(shí)兼具優(yōu)異的高低溫性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高能量密度鋰離子電池及其電解液。

背景技術(shù)

鋰離子電池因具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于3C數(shù)碼產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。隨著智能穿戴、智能手機(jī)、便攜式移動(dòng)辦公等設(shè)備的發(fā)展，高能量密度鋰離子電池是目前行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。

在有限體積空間內(nèi)提升電池的體積能量密度是目前眾多產(chǎn)品共同的追求，而在一定空間內(nèi)提升電池的能量密度主要采用的方法是：1)提升正極材料的工作電壓，使得活性材料的克容量發(fā)揮到最大；2)提高負(fù)極的克容量，如選用硅碳負(fù)極；3)增加單位體積正負(fù)極活性物質(zhì)的占比，也意味著更高的涂布密度和更大的壓實(shí)密度；4)減小輔料的占比，如選用更薄的隔膜、鋁塑膜和銅箔；5)減小電解液的注液量。

目前，電池正極材料普遍采用高電壓4.4V及以上的鈷酸鋰或三元體系，電池負(fù)極材料一般采用高容量高壓實(shí)的石墨。然而，電池正負(fù)極材料壓實(shí)密度提高后，一方面對(duì)電解液的吸附會(huì)降低，對(duì)電解液的保液量會(huì)下降；另一方面在保證電池具有良好外形和硬度的前提下，鋰離子電池工藝不容許電解液保液太高；電解液保液低帶來(lái)的好處是電解液的占比降低了，電池的體積比能量密度和重量比能量密度都會(huì)直接提高，且電池不易發(fā)軟和變形，但帶來(lái)的問(wèn)題是傳統(tǒng)的電解液在保液系數(shù)較低時(shí)電池的循環(huán)性能得不到保證，循環(huán)后期經(jīng)常出現(xiàn)跳水的現(xiàn)象，高低溫性能也很難兼顧。因此，如何保證電解液在較低的保液系數(shù)前提下能夠保證長(zhǎng)循環(huán)壽命，同時(shí)兼具出色的高低溫綜合性能是目前面臨的難題。

低保液系數(shù)電解液要達(dá)到高保液系數(shù)電解液一樣的綜合性能，意味著要提高有效保液量(單位體積的電解液具有足夠的有效物質(zhì))。對(duì)于電池而言，有效保液量是指在浸潤(rùn)充分的前提下提供電池正負(fù)極正常工作所必須的電解液有效成分，就這需要該電解液滿足以下要求：1)電解液中含有足夠的鋰離子；2)高效浸潤(rùn)、界面阻抗低；3)優(yōu)良的負(fù)極成膜添加劑保證循環(huán)、減小負(fù)極膨脹；4)對(duì)正極有利的添加劑保證活性材料的庫(kù)倫效率、抑制正極阻抗增加；5)電解液在不同環(huán)境條件下保持穩(wěn)定，抑制電解液的分解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種高能量鋰離子電池電解液，可以保證電池在較低保液量的前提下具備長(zhǎng)循環(huán)性能，同時(shí)兼具優(yōu)異的高低溫性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高能量密度鋰離子電池電解液，包括非水性有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，所述添加劑包括添加劑A、添加劑B、添加劑C和添加劑D；所述添加劑A為保證循環(huán)性能的負(fù)極成膜添加劑，所述添加劑B為改善高溫性能的添加劑，所述添加劑C為固體電解質(zhì)膜的修飾性添加劑，所述添加劑D為抑制電解液分解的添加劑。

優(yōu)選地，所述添加劑A為氟代碳酸乙烯酯、1，2-二氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、4-乙基硫酸乙烯酯、3a,6a-二氫-[1,3,2]二氧硫代[4,5-d][1,3,2]二惡硫醇-2,2,5,5-四氧中的至少一種，所述添加劑A的含量占電解液總質(zhì)量的1～15％。

優(yōu)選地，所述添加劑B為1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三-(2-氰乙氧基)丙烷、1,4-二腈基-2-丁烯、乙二醇雙(丙腈)醚中的至少一種，所述添加劑B的含量占電解液總質(zhì)量的0.5～8％。