[發明專利]一種電解液及使用該電解液的鋰離子電池

有效

• 申請號: 201811625009.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109585925B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 任建勛;曹勇
• 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: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

本發明公開了一種電解液及使用該電解液的鋰離子電池，電解液包括非水溶劑、鋰鹽和添加劑，添加劑除含有碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、氟代碳酸乙烯酯外，還包括含硅烷官能團的磺酸酯類和/或硫酸酯類化合物，其中硅烷官能團中烷基各自獨立地選自碳原子數為1～3的烷烴或烯烴、鹵素取代碳原子數為1～3的烷烴或烯烴。磺酸酯類或硫酸酯類化合物能夠在正極材料表面生成致密堅韌的鈍化膜，有效抑制體系內的氧化反應，起到正極保護作用。同時還可與其它添加劑協同作用，在負極表面形成致密穩定的SEI膜，有效阻止電解液在負極表面的還原反應與過渡金屬的沉積，改善負極與電解液的界面，減緩存儲或循環過程中電極界面的副反應，從而改善電池性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別涉及一種電解液及使用該電解液的鋰離子電池。

背景技術

隨著環境問題及能源危機的日益嚴重，新能源汽車越來越受到市場及政策的追捧。但續航里程不足引起的消費者焦慮嚴重阻礙了新能源汽車的推廣。為了解決續航里程不足的問題，高能量密度動力電池的開發迫在眉睫。

高能量密度活性材料的應用是開發高能量密度動力電池的重要方向之一。目前，鋰離子電池所用的正極材料主要包括鈷酸鋰、磷酸鐵鋰與三元材料等。鈷酸鋰具有優越的電化學性能與較充分的研究基礎，在消費電子領域獲得了廣泛的應用，但由于價格原因較難在動力電池領域推廣應用。磷酸鐵鋰材料在安全與成本方面表現優異，但較低的克容量與較低的電壓平臺決定了其較低的能量密度，因而其應用優勢主要體現在固定的儲能電站等領域。三元材料具有與鈷酸鋰接近的晶型結構，表現出接近的平臺電壓；同時由于鎳金屬的變價作用而具有更高的克容量，因而具有比鈷酸鋰材料更高的能量密度。不僅如此，為了進一步提高能量密度，科研工作者不斷提升三元材料中鎳元素的含量，目前已有鎳含量高于80％的三元材料在開發中。可以說，高鎳三元材料的應用直接關系著高能量密度動力電池的開發。

但隨著三元材料中鎳含量的提升，材料的晶格穩定性逐漸下降，在高溫或循環過程中，易發生晶格坍塌，伴隨著氧氣釋放與過渡金屬溶出。這不僅導致正極材料本身結構的破壞，還會帶來一系列副反應。釋放的氧氣與電解液發生反應，消耗電解液且導致電池鼓脹變形。過渡金屬溶出后，會遷移并沉積在負極表面，導致負極表面阻抗增大與利用率的降低，從而惡化電池性能。為了提升三元材料的應用性能，一方面需要對三元材料進行摻雜與包覆優化，減小其高溫下的活性；另一方面需要對電解液進行匹配研究，抑制高溫高壓條件下電解液和正極材料的副反應。比如中國專利CN201711264622.5指出，在電解液中使用1,3-丙烯基磺酸內酯、1,3-丙烷磺酸內酯等磺酸類添加劑，可以改善電池的高溫性能；中國專利201610193138.7則公開了硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯等環狀硫酸酯與三聚氰酸、1,3,5-三丙基異氰尿酸酯、1,3,5-三烯丙基異氰尿酸酯等異氰尿酸酯類添加劑聯用，可以改善電池高溫存儲及循環性能；中國專利CN201810380196.X則公開了一種環磷酸硅氧烷添加劑，該類添加劑可以在高鎳正極材料表面形成穩定的鈍化膜，保護正極材料結構，從而體現出更優的高溫及循環性能；中國專利201810211185.9則指出三(三甲基硅烷)硼酸酯或三(三甲基硅烷)磷酸酯可以在正極極表面生成有利于鋰離子傳輸的有機降解物薄膜，阻止溶劑在正極表面的氧化分解，減少分解產物對鋰離子電池電極的破壞，從而延長電池的儲存壽命。

由此可見，電解液添加劑對三元材料的應用有重要影響，確有必要針對目前正極的研發趨勢，特別是針對高鎳三元材料開發匹配的電解液添加劑，及包含該添加劑的鋰離子電池電解液。同時，本發明還提供一種包含上述電解液的鋰離子電池。該鋰離子電池具有優越的循環性能和高溫存儲性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種電解液及使用該電解液的鋰離子電池，以抑制高溫高壓條件下電解液和電池材料的副反應，提高電池的循環性能和高溫存儲性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：