[發(fā)明專利]一種非水電解液及鋰電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011190234.9
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN114447428A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉琴;甘朝倫;孫操;張力;顧名遙
• 申請（專利權(quán)）人: 張家港市國泰華榮化工新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 周敏

本發(fā)明公開了一種非水電解液及鋰電池，主要解決了目前的鋰電池在高電壓下的高溫性能以及循環(huán)性能不佳的問題。本發(fā)明通過采用包括特定結(jié)構(gòu)的添加劑A和添加劑B的電解液，使得使用該電解液的鋰離子電池在更高電壓下具有良好的高溫及循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非水電解液以及鋰電池。

背景技術(shù)

隨著手機(jī)、平板電腦、智能穿戴以及ETC等新興消費(fèi)領(lǐng)域的出現(xiàn)，鋰離子電池憑其高能量密度和長循環(huán)壽命顯現(xiàn)了極大優(yōu)勢。但隨著相應(yīng)設(shè)備功能的不斷多樣化，用電模塊功耗的不斷上升，常規(guī)的鋰離子電池已經(jīng)很難滿足用戶的使用需求。為提高用戶使用體驗(yàn)，鋰離子電池的發(fā)展方向已日漸明朗，即在安全的條件下盡可能地提高能量密度或者實(shí)現(xiàn)快速充電。為提高能量密度，行業(yè)目前主要從三個方面進(jìn)行開發(fā)。一是尋求新的材料體系，如鈷酸鋰、富鋰錳基、三元高鎳等正極材料，硅碳等負(fù)極材料等；二是提高現(xiàn)有材料的截止充電電壓，如4.4V以上鈷酸鋰電池，4.4V以上三元電池等；三是通過改變電池工藝，提高面密度和壓實(shí)密度或使用更薄的集流體、膠帶和鋁塑殼等。另一方面，為了快速縮短充電時間，從而達(dá)到額定電量，快充型鋰離子電池應(yīng)運(yùn)而生，從最開始的0.2C充電，到后來的2C充電，甚至5C充電。

在對體積能量密度要求高的數(shù)碼領(lǐng)域，鋰電池的設(shè)計(jì)思路是高電壓鈷酸鋰硅碳負(fù)極。商用鈷酸鋰的電壓已經(jīng)由最初的4.2V逐步提升到了4.48V，帶來一定負(fù)面效果，如材料表面由于存在懸掛鍵以及不飽和的配位關(guān)系會使其反應(yīng)活性明顯高于體相。當(dāng)對鈷酸鋰電池充電時，會發(fā)生以下反應(yīng)過程：(1)正極材料自表面開始脫鋰；(2)脫鋰發(fā)生后，Li層氧原子間失去阻隔產(chǎn)生排斥，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；(3)持續(xù)脫鋰促進(jìn)表面晶格活性發(fā)生氣體溢出；(4)溢出氣體導(dǎo)致表面Co原子穩(wěn)定性變差、溶解；(5)溶解的高價Co元素也會氧化電解液參與電解液化學(xué)反應(yīng)。

固液界面副反應(yīng)是鋰電池發(fā)展不可避免的問題，目前使用的非水有機(jī)電解液化學(xué)窗口通常低于4.4V，當(dāng)充電截止電壓高于4.4V時，電解液就會在電池表面發(fā)生氧化分解，這一過程導(dǎo)致電池容量急劇“跳水”。同時氧化分解的產(chǎn)物也覆蓋在電極材料表面增加電池內(nèi)阻。游離過渡金屬元素催化表面副反應(yīng)產(chǎn)物分界使電極材料維持高位活性狀態(tài)帶來隱患。

因此，有必要開發(fā)一種在高電壓下能具有良好的高溫及循環(huán)性能的電解液。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠改善高電壓性能的鋰離子電池的非水電解液及鋰電池。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一方面提供了一種非水電解液，包括鋰鹽、有機(jī)溶劑和添加劑；其中，所述的添加劑包括添加劑A和添加劑B，

所述的添加劑A為如下結(jié)構(gòu)通式(1)所示物質(zhì)中的一種或多種：

(1)，其中，X為N或N-R⁵，R⁵為氫、烷基、烷基胺基、烯基、芳基、硅烴基或金屬；Y為O、S、N、P中的一種或多種構(gòu)成的基團(tuán)、或者n為1～4之間的整數(shù)，R4為氫、鹵素、烷基、氰基、硅氧烷基、硫代烷基、鹵代烷基或鹵代烷氧基；Z為O、S、N、P中的一種或多種構(gòu)成的基團(tuán)、烷基、硅氧烷基、鹵代烷基或鹵代烷氧基；R¹、R²和R³獨(dú)立地為氫、鹵素、烷基、鹵代烷基、氰基、硅氧烷基、烷氧基或鹵代烷氧基；d為0～2之間的整數(shù)；

所述的添加劑B為如下結(jié)構(gòu)式(2)、(3)、(4)中所示物質(zhì)中的一種或多種：

(2)，其中，m、n獨(dú)立地為0～2之間的整數(shù)；A、B、D獨(dú)立地為O、S、N、P中的一種或多種構(gòu)成的基團(tuán)、或者烷基；

(3)，其中，a、b、c獨(dú)立地為0～2之間的整數(shù)；E、G、L、J獨(dú)立地為O、S、N、P中的一種或多種構(gòu)成的基團(tuán)、或者烷基；