[發(fā)明專利]一種非水電解液及其鋰離子電池

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• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114709481A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王子沅;王仁和;余樂
• 申請（專利權(quán)）人: 遠(yuǎn)景動(dòng)力技術(shù)（江蘇）有限公司;遠(yuǎn)景睿泰動(dòng)力技術(shù)（上海）有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/058;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉二艷

本發(fā)明公開了一種非水電解液及其鋰離子電池。本發(fā)明的非水電解液包括電解質(zhì)、非水溶劑和添加劑，所述添加劑包括含不飽和鍵的含磷雜環(huán)類鋰鹽添加劑。本發(fā)明的非水電解液，降低了鋰離子電池的內(nèi)阻，改善了電池的快充循環(huán)性能和高溫存儲(chǔ)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種非水電解液及其鋰離子電池，尤其涉及一種降低電池內(nèi)阻的非水電解液及其鋰離子電池。

背景技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的鉛酸電池，鋰離子電池作為可充電電池，具有能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)和小型化電子設(shè)備等領(lǐng)域。目前，鋰離子電池的使用安全問題依然是制約其應(yīng)用發(fā)展的重要因素。

鋰離子電池中含有作為電解質(zhì)的鋰鹽和非水溶劑，為了溶解鋰鹽，非水溶劑需要高介電常數(shù)，從而表現(xiàn)出良好的動(dòng)力學(xué)性能。當(dāng)前，鋰離子電池的電解液多采用有機(jī)溶劑體系，廣泛使用的有機(jī)溶劑包括碳酸酯類(碳酸乙烯酯)、醚類(二甲氧基乙烷，四氫呋喃)、內(nèi)酯類(γ-丁內(nèi)酯)、酰胺類(N,N-二甲基甲酰胺)和腈類(乙腈)等，這些電解液溶劑通常容易揮發(fā)且高度易燃，因此這類電解液存在高溫穩(wěn)定性的問題。此外，當(dāng)充電電流較大時(shí)電池體系的溫度升高，從而容易出現(xiàn)電池體系膨脹和產(chǎn)氣等安全隱患。

另外，為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的能量密度，研究人員多采用具有高比容量和高反應(yīng)電位的三元正極材料。伴隨著充放電循環(huán)的體積變化，正極活性物質(zhì)會(huì)發(fā)生快速相變，當(dāng)正極活性材料暴露在空氣或濕度較大的環(huán)境中時(shí)，其表面的反應(yīng)活性迅速增加，在存儲(chǔ)或循環(huán)期間會(huì)產(chǎn)生過量的氣體，因此，這些問題也限制了高比容量和高反應(yīng)電位的三元正極材料的商業(yè)化應(yīng)用。

因此，為了解決在高溫下使用高容量的三元正極材料的穩(wěn)定性問題，可以通過在現(xiàn)有技術(shù)中加入碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯等作為電解液添加劑形成SEI膜來改善電池的壽命和穩(wěn)定性。然而，當(dāng)這些材料用于包含高容量三元正極材料的電池時(shí)，存在的問題是，電芯內(nèi)阻增大較多，嚴(yán)重影響鋰離子傳導(dǎo)性能。

此外，為了提升鋰離子電池的快充能力，需要對鋰離子電池的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行控制。從電解液的層面上，在快充過程中，電池內(nèi)阻容易急劇上升，會(huì)出現(xiàn)由于動(dòng)力學(xué)性能不佳而析鋰的現(xiàn)象，造成電池存在安全隱患，因此，開發(fā)有效降低快充過程中內(nèi)阻的鋰離子電池電解液配方也是目前較為關(guān)注的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種非水電解液及其鋰離子電池，本發(fā)明的非水電解液，降低了鋰離子電池的內(nèi)阻，改善了電池的快充循環(huán)性能和高溫存儲(chǔ)性能。

本發(fā)明的目的之一在于提供一種非水電解液，為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種非水電解液，包括電解質(zhì)、非水溶劑和添加劑，所述添加劑包括式(I)或式(II)所示的含不飽和鍵的含磷雜環(huán)類鋰鹽添加劑：

其中，所述R₁和R₂上含有不飽和取代基，所述不飽和取代基為碳原子數(shù)為2～6的烯基、炔基或芳基。

本發(fā)明的非水電解液，采用含不飽和鍵的含磷雜環(huán)類鋰鹽添加劑作為添加劑，一方面，可以與從正極溶出的過渡金屬離子發(fā)生相互作用，以穩(wěn)定過渡金屬離子，從而降低電池內(nèi)阻，并且還可以在正極表面分解，形成穩(wěn)定而牢固的SEI膜；牢固的SEI膜抑制了電解液與正極活性材料和負(fù)極活性材料接觸而造成的電解液的分解，協(xié)同解離性良好的鋰鹽性質(zhì)，從而抑制了氣體產(chǎn)生和電池內(nèi)阻增加。另一方面，該鋰鹽陰離子離域性較好，有利于鋰鹽的解離，從而獲得較好的動(dòng)力學(xué)性能。同時(shí)，含不飽和鍵的含磷雜環(huán)類鋰鹽添加劑與環(huán)狀酯類添加劑協(xié)同作用，在6系Ni正極對石墨的體系中，使得電池快充循環(huán)性能良好。