[发明专利]锂离子电池及其电解液

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池及其电解液。

背景技术

与其他可充电电池相比，锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长和自放电低等优点。目前，小容量锂离子电池已成功地应用于手机、数码相机和笔记本电脑上，大容量高功率锂离子动力电池也具有很好的应用前景。但是，现有的锂离子电池在高温环境下应用时，容易发生副反应产生气体，导致电池膨胀厚度增大，影响正常使用。

随着实际应用的不断深入，对高能量密度的锂离子电池的需求越来越紧迫。能量密度受两个因素影响，分别是电极材料的克容量发挥和工作电压。当前，锂离子电池使用的电压范围主要为3.0～4.2V，将锂离子电池工作上限电压提高(如提高至4.3V或4.3V以上)的同时也会使电极材料的克容量发挥有所提高，从而提高锂离子电池的能量密度。

电解液对电池的性能具有重要的影响。申请号为200610092715.X的中国发明专利使用环状酰亚胺盐作为添加剂，用来改善电池的循环性能，其中，DMC(碳酸二甲酯)是液态电解液中必须使用的成份。即，DMC与环状酰亚胺盐需要搭配使用，其作用是降低粘度，减小环状酰亚胺盐成膜造成的阻抗增加，以保证循环性能。该专利将电解液应用于硬币型电池及钢壳电池，没有厚度膨胀的问题，但对于软包液态电解液电池，由于DMC的存在会使得电池在高温存储时大量产气而造成厚度明显膨胀。

但是，在高电压应用时，由于阴极电位相对增大，造成阴极材料的反应活性加强，电解液容易发生氧化反应，尤其是在高温应用时更为严重。通过使用一些添加剂，可改善电池的存储性能，但是电池的阻抗有较大的增加，其倍率性能和循环性能变差。因此，为了满足高电压电池的使用要求，确有必要开发出一种新型的锂离子电池电解液，以改善锂离子电池的高温性能，同时又不恶化电池的倍率和循环性能。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂离子电池电解液，其可在改善电池的高温存储性能的同时，不会恶化电池的倍率和循环性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池电解液，其包括锂盐、无水有机溶剂和添加剂，其中，添加剂含有氟代碳酸乙烯酯(FEC)、腈类化合物和具有以下结构式的碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐，

结构式中，M为碱金属，R₁、R₂、R₃、R₄各自为氢或烷基或卤代烷基。

作为本发明锂离子电池电解液的一种改进，所述添加剂中，氟代碳酸乙烯酯占电解液总质量的0.5-9％，腈类化合物占电解液总质量的1-8％，碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐占电解液总质量的0.3-5％。

FEC的主要作用是在阳极成膜，可提高阳极的循环性能，但是其成膜时的反应副产物(如HF)会扩散到阴极并破坏阴极活性物质，碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐可在阴极成膜，此膜具有高的致密度，容许锂离子的传递，且能阻止HF向阴极的扩散传递。氟代碳酸乙烯酯在电解液中的含量范围为0.5～9％，若含量低于0.5％，则阳极成膜不足，电池循环性能不理想；若含量高于9％，则FEC成膜副产物(如HF)会较多，超过了碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐在阴极成膜带来的保护作用，对阴极造成较大不利影响，影响电池性能。

碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐可在阴极成膜，保护阴极，减小阴极与电解液之间副反应的发生，改善高温存储性能。此外，由于成膜而阻抗增加，不利于倍率和循环性能。使用丁二腈或戊二腈或己二腈，由于其与阴极材料的配位效应，从而使得碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐造成的阻抗增加不多，使得倍率和循环性能基本保持在可接受的水平。

如果碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐的含量低于0.3％，则阴极成膜不足，对电池高温存储性能的改善轻微；随着碱金属邻苯甲酰磺酰亚胺盐含量的增加，阴极成膜量变大，对阴极保护作用增强，但同时也使得阴极阻抗增加；在含量小于5％时，通过与腈类化合物的协同效应抑制了阻抗的明显增加。

如果腈类化合物的含量低于1％，则协同效果不明显；如果腈类化合物的含量大于8％，则由于其在阳极的还原反应(反应的程度与腈类化合物的量有关，当量增加时，其反应进行的速度快)超出了FEC在阳极成膜的保护程度而对阳极不利。