[发明专利]一种改善锂离子电池性能的电解液以及电池

说明书

技术领域

本发明属于一种改善锂离子电池性能的电解液以及电池，主要用于改善锂离子电池的循环性能和高温性能。

背景技术

锂离子电池与其他二次电池(镍镉、镍氢、铅酸)相比，具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、自放电低、绿色环保、无记忆效应、工作温度范围宽等特点，自92年面世以来发展迅速，目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、平板电脑、数码相机、移动电源等设备，并在电动汽车、储能电站系统等领域存在广阔的应用前景。

锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等材料组成；电解液的作用是传导电荷，对于锂离子电池的倍率、循环性能、高低温性能、安全性能影响巨大。常规的锂离子电池电解液采用非水有机体系，主要电解质为LiPF₆，以高介电常数的环状碳酸酯(如碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC)和低粘度的链状碳酸酯(如碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC等)混合作为溶剂，并辅以少量添加剂来改善电池性能。

现有技术中，电池充放电过程中，电解液在正、负极表面会发生分解反应，导致电解液的消耗和正负极界面阻抗的增大，甚至破坏负极活性物质结构，导致电池性能恶化。溶剂EC可以在负极表面发生还原形成钝化膜，抑制溶剂进一步分解；然而EC形成的SEI膜阻抗较大，而且不够稳定。随后的研究发现，在电解液中加入VC(碳酸亚乙烯酯)，FEC(氟代碳酸乙烯酯)，VEC(碳酸乙烯亚乙烯酯)等添加剂，可以先于溶剂在在负极表面发生还原，形成致密、锂离子传导能力良好的SEI膜，抑制溶剂的分解，提高电池首次充放电效率，改善电池常温循环性能。然而，实际应用对锂离子电池的循环寿命和高温性能的要求越来越高；添加剂VC、FEC形成的SEI膜在高温条件下不够稳定，会发生分解；在随后的充放电过程中电解液与在负极表面会继续发生分解，导致电池胀气、性能恶化，甚至带来安全隐患；而VEC虽然在一定程度上可改善电池高温性能，但是其形成的SEI阻抗较大，影响电池的容量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善锂离子电池性能的电解液，用于改造锂离子电池的循环性能和高温性能，此外，还公开了一种包含上述电解液的锂离子电池。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种改善锂离子电池性能的电解液，所述锂离子电池电解液由电解液溶质、溶剂和添加剂组成，其中，添加剂包含丁二酸酐、顺丁烯二酸酐衍生物和常规添加剂。

进一步地，优选的是，所述常规添加剂选自碳酸亚乙烯酯VC、氟代碳酸乙烯酯FEC、碳酸乙烯亚乙烯酯VEC中的一种或几种；所述丁二酸酐、顺丁烯二酸酐衍生物选自2-甲基-顺丁烯二酸酐、2，3-二氟-顺丁烯二酸酐、3-氧杂二环[3.1.0]-环己烷-2，4-二酮、2，2-二甲基-丁二酸酐、四氢邻苯二甲酸酐中的一种或者多种。

进一步地，优选的是，所述丁二酸酐、顺丁烯二酸酐衍生物的含量占电解液总质量的比例在0.01％-8％(w.t.)范围内。

进一步地，优选的是，所述添加剂的总含量占电解液总质量的比例在0.1％-10％(w.t.)范围内。

进一步地，优选的是，所述丁二酸酐、顺丁烯二酸酐衍生物的含量占电解液总质量的比例控制在0.2-4％(w.t.)。

所述电解液溶质包括LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiTFSI其中的一种或多种。

所用溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸丁烯酯BC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲丙酯MPC、γ丁内酯GBL中的一种或几种。

一种锂离子电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的隔膜，其特征在于，采取前述改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述锂离子电池正极的材料包括LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0＜x＜1，0＜y＜1)或LiCoO₂，锂离子电池的负极的材料包括人造石墨。

进一步地，优选的是，所述锂离子电池正极的材料具体为：LiN_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂、乙炔黑、聚偏二氟乙烯PVDF，质量比为94∶3∶3。

进一步地，优选的是，所述锂离子电池的负极的材料具体材料为人造石墨、乙炔黑、羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR，质量比为94∶1.5∶2∶2.5。