[发明专利]锂离子电池及其电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及其电解液。

背景技术

目前，正极材料包括层状的钴酸锂(LiCoO₂)、镍钴锰酸锂(LiCo_xNi_yMn_zO₂)、尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)以及不同聚阴离子型的正极材料(LiMPO₄)。这些正极材料与电解液之间会发生大量的表面化学反应，例如与痕量氢氟酸之间发生的酸碱反应、过渡金属氧化物的氧离子与亲电子的碳酸烷基酯分子之间的亲核反应、环链的烷基碳酸酯通过表面诱导聚合反应生成聚碳酸酯、与溶剂发生的氧化还原反应等。而氧化还原反应过程可能会改变过渡金属的氧化价态，使金属离子如铁、钴、镍和锰等从正极材料中溶解出来，这种现象在高温下和电解液中含有酸性物质时表现尤为突出。特别是尖晶石LiMn₂O₄，在痕量水的作用下，LiPF₆分解产生HF，HF与锰酸锂发生反应，生成的Mn²⁺溶解在电解液中，锰的溶解不仅使LiMn₂O₄活性物质的绝对量减少，还会引发晶格结构的转变，使LiMn₂O₄丧失或部分丧失电化学活性，降低其稳定性能，影响电池的循环寿命。高温条件下，LiMn₂O₄电极具有催化电解液分解的作用，电解液的分解又会产生HF，进而促进了锰的溶解，Mn²⁺在负极界面还原沉积形成坚硬的膜，使得电极的动力学反应延缓，从而导致电池的可逆容量衰减较大、稳定性和循环性能变差。

针对金属离子的溶出问题，通常采用体相掺杂、表面包覆、电解液的优化、添加剂的使用以及材料比表面积的合理控制来提高电池的热稳定性和循环寿命。在电解液中加入稳定性添加剂，比如磺酸酯类有机成膜添加剂、有机硼酸锂盐添加剂、LiPF₆稳定剂、热稳定剂和除酸除水添加剂等成了目前解决金属离子溶出的研究热点。有文献报道为避免LiMn₂O₄活性物质的溶解对负极材料电化学性能的破坏，加入铵盐如NH₄I，它在电解液中解离出的NH₃能与Mn²⁺络合形成配合物，从而降低Mn²⁺的浓度，抑制Mn²⁺在负极表面的沉积。但是由于I₂/I^-的氧化还原电位为3.6V(vsLi/Li⁺)，低于LiMn₂O₄的工作电压，不适合实际应用。

发明内容

鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池及其电解液，其能抑制金属离子在负极极片表面的还原沉积。

本发明的目的在于提供一种锂离子电池及其电解液，其能抑制锂盐LiPF₆的水解反应和热解反应，提高锂离子电池电解液的储存稳定性和热稳定性。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种锂离子电池电解液，其包括锂盐﹑非水有机溶剂以及双希夫碱类化合物的添加剂，其中双希夫碱类化合物为芳香醛缩三乙烯四胺双希夫碱或芳香酮缩三乙烯四胺双希夫碱，由下述通式表示：

在上述通式中，R₁为氢原子、C1～C6烷基或苯基取代基中的任意一种，R₂为吡啶基、吡咯基、呋喃基、噻吩基、咪唑基、恶唑基或噻唑基中的任意一种。

为了实现上述目的，在本发明的第二方面，本发明提供了一种锂离子电池，其包括：正极片；负极片；隔膜，间隔于相邻正负极片之间；以及电解液，所述电解液为根据本发明第一方面所述的锂离子电池电解液。

本发明的有益效果如下：

本发明通过向锂离子电池电解液中加入芳香醛缩三乙烯四胺双希夫碱或芳香酮缩三乙烯四胺双希夫碱类化合物作为添加剂，不仅可有效抑制电池电解液在储存过程中游离的金属离子在负极极片表面的还原沉积；还可以抑制LiPF₆的水解反应和热解反应，减少电解液中HF的含量，明显提高锂离子电池电解液的储存稳定性和热稳定性，进而改善锂离子电池的电化学性能和循环性能。

具体实施方式