[发明专利]一种镍基阴极锂离子电池用电解液及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种镍基阴极锂离子电池用电解液及包含该电解液的锂离子电池。

背景技术

近年来，电子产品的飞速发展促进了锂离子电池的迅速增长，也对锂离子电池提出了更高的能量密度要求，而且还要求锂离子电池可以在恶劣的环境下仍能正常工作，如在高温（-80℃）和低温（-20℃）环境下都能正常充放电。

包含镍基阴极材料的锂离子电池具有容量大、电压平台高和安全性好等优点，但是，现有的电解液体系难以完全满足采用镍基阴极材料的锂离子电池的工业化应用，特别是其高温性能（如高温存储性能）还不尽如人意。目前商品化的锂离子电池的电解液一般由LiPF₆溶解在碳酸酯混合溶剂中构成，但这类电解液体系热稳定性差，成本高，存在一定的安全隐患，制约着锂离子电池的进一步发展，尤其是使用镍基材料作为阴极材料的锂离子电池的进一步发展。因此需要对现有的电解液体系进行改进，以满足使用镍基材料作为阴极材料的锂离子电池的使用需求。

液体电解液公认的改进途径主要包括设计、合成新型锂盐(如有机磷酸锂盐、有机硼酸锂盐)和开发新型的电解液体系（如以低熔点的碳酸丙烯酯代替高熔点的碳酸乙烯酯、加入添加剂等）。双草酸硼酸锂[LiB(C₂O₄)₂，LiBOB]是人们最近开发出的新型有机硼酸锂盐之一，具有良好的热稳定性和电化学稳定性，与碳酸丙烯酯（PC）等有机溶剂构成的电解液在阳极上能形成稳定而致密的固体电解质相界面（SEI）膜，具有良好的循环性能，特别是高温循环性能，是最可能替代现有电解质LiPF₆ 实现工业化生产的锂盐。但是双草酸硼酸锂在碳酸酯溶剂中的溶解度较小，其较低的浓度与电导率不能满足工业化要求与日益增长的能量密度的要求；且其低温性能较以LiPF₆为锂盐的电解液体系差。

有鉴于此，确有必要提供一种镍基阴极锂离子电池用电解液及包含该电解液的锂离子电池，通过添加环磷腈衍生物和环状醚类化合物可以改善添加了含硼锂盐添加剂的电解液的低温性能、高温存储稳定性以及循环性能。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种镍基阴极锂离子电池用电解液及包含该电解液的锂离子电池，通过添加环磷腈衍生物和环状醚类化合物可以改善添加了含硼锂盐添加剂的电解液的低温性能、高温存储稳定性以及循环性能。

为了达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种镍基阴极锂离子电池用电解液，包括非水有机溶剂和锂盐，还包括含硼锂盐添加剂、环状醚类化合物和环磷腈化合物，所述环磷腈化合物为六苯氧基环磷腈或化学式（1）表示的环磷腈衍生物：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆为氢、卤素、烷基、烯烃基、卤代烷基、芳香基、含有卤素取代基的芳香基团或含氧基团，所述含氧基团为烷氧基、卤代烷氧基、含氧芳香基团或含有卤素取代基的含氧芳香基团，并且

（1）R₁、R₃和R₅中至少两者为卤素，所述卤素为F或Cl；

（2）R₂、R₄和R₆中至少一者为含氧基团，当三者中有且只有一者为含氧基团时，该含氧基团为含氧芳香基团或含有卤素取代基的含氧芳香基团。

其中，镍基阴极锂离子电池是指采用镍基材料作为阴极活性物质的锂离子电池。

作为本发明镍基阴极锂离子电池用电解液的一种改进，化学式（1）表示的环磷腈衍生物为由下述式（I）至（XIV）表示的环磷腈衍生物中的至少一种：

 

     

      

     和  。

作为本发明镍基阴极锂离子电池用电解液的一种改进，所述环磷腈化合物占电解液总质量的质量百分比为0.5%~20%。

作为本发明镍基阴极锂离子电池用电解液的一种改进，所述环状醚化合物占电解液总质量的质量百分比为0.5%~10%。

作为本发明镍基阴极锂离子电池用电解液的一种改进，所述含硼锂盐添加剂为LiBF₄、LiBOB和LiDFOB（二氟草酸硼酸锂）中的至少一种。