[發明專利]一種鋰離子電池非水電解液及含該非水電解液的鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010892846.6
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111934015B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 楊玲茱;白晶;王霹霹;歐霜輝;黃秋潔;戴曉兵
• 申請（專利權）人: 珠海市賽緯電子材料股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;鄒敏敏

本發明提供了一種鋰離子電池非水電解液及含有該非水電解液的鋰離子電池，其中，鋰離子電池非水電解液包括鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，添加劑包括具有式Ⅰ結構式的化合物，其中，R1為C或N，R2為氫或堿金屬元素，R3和R4為堿金屬元素。此添加劑能于4.4V的高電壓體系下優化正極/電解液界面，在正極表面形成穩定的CEI膜有效阻止過渡金屬溶出，并且該添加劑還和F?絡合，能有效除去HF，吸收產生自正極材料的氧自由基，提升正極材料的穩定性，從而提升循環中充放電的可逆性。同時，取代的堿金屬元素可避免含氮雜環氮上連接的活潑氫與電解液中的鋰離子大量反應而消耗鋰離子。故，采用此添加劑有助于提升鋰離子電池的首次庫倫效率、循環以及高溫性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，涉及一種鋰離子電池非水電解液及含該非水電解液的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池由于具有高比能量、無記憶效應、循環壽命長等優點被廣泛應用于3C數碼、電動工具、航天、儲能、動力汽車等領域，電子信息技術及消費產品的快速發展對鋰離子電池高電壓以及高能量密度能提出了更高的要求。在鋰離子電池中，高電壓三元正極材料(NCM或者NCA)由于能量密度高、環境友好、循環壽命長等優點，被廣泛的應用于手機、筆記本電腦等便攜式電子設備以及電動車、大型儲能裝置中，但是由于市場對電池的能量密度要求越來越高，使得商用三元正極材料鋰離子電池難以滿足使用要求。

目前，研究表明提升三元電極材料能量密度的有效途徑之一是提高電池的工作電壓，這是電池發展的趨勢，也是新能源汽車發展的必然要求。然而三元動力電池工作電壓提高后，電池的充放電循環等性能卻下降。原因可能是：一方面是正極材料在高電壓下不夠穩定，另一方面是電解液的與材料的匹配性不佳，普通的電解液在高電壓的條件下會氧化分解，從而導致電池高溫儲存性能差、高溫循環性能差、低溫放電性能差及安全性差，且電解液的消耗導致低容和首次庫倫效率過低。因此，研發適合高電壓三元材料體系的鋰離子電池電解液迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池非水電解液及含該非水電解液的鋰離子電池，此電解液可提高電池的首次庫倫效率、循環和高溫性能，尤其適用于高電壓體系下的鋰離子電池。

為實現上述目的，本發明第一方面提供了一種鋰離子電池非水電解液，包括鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括具有式Ⅰ結構式的化合物，

其中，R1為C或N，R2為氫或堿金屬元素，R3和R4為堿金屬元素。具體的，堿金屬元素為Li、Na、K、Rb、Cs。

相對現有技術，本發明的鋰離子電池的非水電解液中含有式Ⅰ結構式的化合物作為添加劑，此添加劑為具有特殊結構的含氮雜環堿金屬鹽類化合物，其能于充電電壓為4.4V的高電壓體系下優化正極/電解液界面，在正極表面形成穩定的CEI膜有效阻止過渡金屬溶出，從而提高電池的高溫性能，并且該添加劑還和F-絡合，能有效除去HF，吸收產生自正極材料的氧自由基，提升正極材料的穩定性，從而提升循環中充放電的可逆性。同時此添加劑中將含氮雜環氮上連接的氫全部替換成堿金屬元素，可避免含氮雜環氮上連接的活潑氫與電解液中的鋰離子大量反應，從而消耗大量鋰離子導致低容和首次庫倫效率過低的問題，并且由于引入了過量的堿金屬離子，在不消耗電解液中的鋰離子的情況下，反而對電解液中的鋰離子進行了補充。