[发明专利]一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池是一种新型的化学电源，因其具有能量密度大、工作电压高、寿命长、无环境公害的特点，广泛应用于移动电话等便携式电子产品中。安全问题是制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的主要障碍。尤其是近年来锂离子二次电池在动力汽车等交通工具的应用，对其安全性等的综合性要求越来越高。

在锂离子二次电池的使用过程中，由于充电控制电路的故障，很容易出现过充，引起电池负极锂离子的不可逆还原，降低电池的充放电循环效率；且当充电电压达到电解液的分解电压时，还会引起电解液在电池正极的分解，产生气体，使电池的内压上升，内部积热而失去稳定性，严重影响电池的安全性，甚至会导致电池的完全失效。目前，现有技术中通过对方形密封电池的过充实验发现：在过充过程中，由于电解液的氧化分解，会产生多种不同的气体，使电池的内部温度快速升高，最终导致电池热失控，且认为热失控主要是由电解液在高温下分解和负极材料在过充时发生的剧烈反应造成的。

目前，锂离子二次电池的过充电保护主要有作为物理方法的集成电路保护法和作为化学方法的电解液中添加过充保护添加剂法。其中，集成电路保护法快捷可靠，但结构复杂，价格昂贵。而化学方法中目前已知的过充添加剂主要有联苯、环已基苯等基于聚合物反应的添加剂、以及锂的卤化物、苯的衍生物等基于氧化还原反应的添加剂；其中，含有联苯、环已基苯的电解液，在使用时会增加电池的内阻，使电池的循环性能和倍率放电性能降低；而含有锂的卤化物、苯的衍生物的电解液，虽然过充保护效果明显，但在高充电电流下过充保护效果大大降低，同时会降低电池的循环性能。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的锂离子电池过充保护方法中存在的价格昂贵、影响电池的循环性能、倍率放电性能且过冲保护效果较差的技术问题。

本发明提供了一种非水电解液，包括锂盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包括正极过充保护添加剂和辅助负极成膜添加剂，其中，所述正极过充保护添加剂为栎精，所述辅助负极成膜添加剂选自醋酸乙酯、醋酸乙烯酯和磺酸酯中的至少一种。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括壳体和容纳于壳体内的电芯、非水电解液，电芯包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜，其中，所述非水电解液为本发明提供的非水电解液。

本发明提供的非水电解液中，通过采用正极过充保护添加剂栎精，配合使用辅助负极成膜添加剂，能有效确保电池过充保护的安全性，同时能有效改善电池的高温性能，且对电池的倍率放电性能和循环性能没有影响。   

具体实施方式

本发明提供了一种非水电解液，包括锂盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包括正极过充保护添加剂和辅助负极成膜添加剂，其中，所述正极过充保护添加剂为栎精，所述辅助负极成膜添加剂选自醋酸乙酯、醋酸乙烯酯和磺酸酯中的至少一种。

本发明中，所采用的正极过充保护添加剂为栎精，其具有下式1所示结构：

                                                

式1

 

式2                   。

栎精是一种多酚三环结构的类黄酮化合物，无毒性，价格便宜，具有强有效的抗氧化性，其抗氧化机理如式2所示。同时，栎精还具有很好的电化学性能，能在正极表面形成钝化膜，而起到过充保护作用，同时也不影响电池的其他性能。但是，发明人发现，将栎精直接用于非水电解液中存在以下不足：1、栎精实质上只对正极成膜有帮助，且其成膜电位比较高，大面积成膜的电池电位达到了4.6-4.8V；2、其能对负极成膜未起作用。本发明的发明人通过实验发现，特别在负极为石墨、正极为橄榄石LiFePO₄的高容量锂离子电池中，采用含有栎精作为正极过充保护添加剂的电解液，其在过充时特别是高温条件下，负极会发生剧烈的反应，产生大量气体，电池厚度膨胀，导致电池失效。

因此 ，本发明的发明人通过进一步的实验研究，发现：在电解液中采用粒径作为正极过充保护添加剂时，由于其仅对正极成膜有帮助，因此，本发明中，还需在非水电解液中加入能有助于负极成膜的添加剂，即辅助负极成膜添加剂。本发明的发明人通过大量实验发现，所采用的辅助负极成膜添加剂其一方面不能与栎精发生反应，否则会降低电池的过充保护效果；另一方面，其还能阻止栎精在负极上成膜，防止电池高温失效。