[發(fā)明專利]一種高電壓鋰離子電池非水電解液及鋰離子電池

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• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113078357A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 潘立寧;黃慧聰;王建斌;劉楊;鐘子坊
• 申請（專利權）人: 東莞市杉杉電池材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 程曉明

本發(fā)明公開了一種高電壓鋰離子電池非水電解液，包括電解質鋰鹽、非水有機溶劑和成膜添加劑，所述成膜添加劑包括至少一種具有特定結構的環(huán)狀磷酸酯類化合物。本發(fā)明中的環(huán)狀磷酸酯類添加劑具有較高的HOMO能級，能夠優(yōu)先于溶劑在正極界面形成鈍化膜，氧化分解電位4.31V vs Li/Li⁺，避免電解液中其他組分在高電壓下在正極界面氧化分解，所形成的鈍化膜具有更好的熱穩(wěn)定性，從而提升電池的常溫循環(huán)性能和高溫性能。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種高電壓鋰離子電池非水電解液及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池由于具有高工作電壓、高能量密度、長壽命和環(huán)境友好等優(yōu)點，被廣泛應用于3C數碼產品、電動工具、電動汽車等領域。尤其是在3C數碼領域，近幾年來移動電子設備如智能手機移動電源更輕、更薄的發(fā)展趨勢使得鋰離子電池越來越受歡迎。

為了提高鋰離子電池的能量密度，常用的措施是提高正極材料的充電截止電壓，如商業(yè)化的鈷酸鋰鋰離子電池電壓從4.2V→4.35V→4.4V→4.45V→4.48V→4.5V。

然而，正極材料在高電壓下會存在一定的缺陷，如高電壓正極活性材料在缺鋰狀態(tài)時具有很強的氧化性，電解液很容易被氧化分解，產生大量的氣體和熱量；此外，高電壓正極活性材料在缺鋰狀態(tài)時自身也很不穩(wěn)定，易發(fā)生一些副反應，如釋放氧、過渡金屬離子溶出等。同樣的，負極界面形貌的好壞，同樣嚴重影響著電池的快速充電性能，需要添加劑能夠在負極還原形成的鈍化膜具有更加優(yōu)良的性能，更好的動力學特性。因此，需要開發(fā)新型成膜添加劑，能夠正極成膜和/或負極成膜，保護正極材料，降低負極界面阻抗，抑制溶劑還原等。

如中國專利號CN112290090A公開了一種高鎳三元鋰離子電池非水電解液及含該電解液的電池。該高鎳三元鋰離子電池非水電解液包含電解質鋰鹽、非水有機溶劑和成膜添加劑，其中，所述成膜添加劑中含有磷基化合物，其添加劑量在0.5～5％，不足之處該類物質添加劑量大于1％時，會導致電池界面阻抗增大，降低電池的電化學性能。

又如中國專利CN108336404A公開了一種鋰離子電池非水電解液和鋰離子電池。所述非水電解液包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，所述添加劑選自磷酸酯類化合物。該電解液能起到很好的阻燃效果，增加了電池的安全性能，電池的循環(huán)性能也大大提升，但是，該添加劑成膜阻抗較大，不利于電池在低溫下的循環(huán)性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種高電壓鋰離子電池非水電解液及鋰離子電池。本發(fā)明中的環(huán)狀磷酸酯類新型添加劑具有較高的HOMO能級，能夠在電池分容結束后，優(yōu)先于溶劑在正極界面形成鈍化膜，氧化分解電位4.31V vs Li/Li⁺，避免電解液中其他組分在高電壓下在正極界面氧化分解，所形成的鈍化膜具有更好的熱穩(wěn)定性，可有效解決鋰離子電池的常溫循環(huán)性能及高低溫性能等。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種高電壓鋰離子電池非水電解液，包括電解質鋰鹽、非水有機溶劑和成膜添加劑，所述成膜添加劑包括至少一種具有式(Ⅰ)結構的環(huán)狀磷酸酯類化合物：

其中，R1為磷元素；R2為碳原子數小于4的經氟取代或未取代的烷基、烯基、炔基、芳香基。

優(yōu)選地，所述環(huán)狀磷酸酯類化合物選自具有以下結構的化合物中的至少一種：

優(yōu)選地，所述環(huán)狀磷酸酯類化合物在高電壓離子電池非水電解液中的質量百分含量為0.1～1.0％。