[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技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有理想高温性能和安全性能的锂离子电池及其电解液。

背景技术

锂离子电池具有高放电电压、高能量密度和优良的低自放电特性，因此在便携式电子产品、电动汽车和储能系统中得到了广泛应用，是目前商品化最成功的二次电池之一。近年来，随着各种电子产品的发展，对锂离子电池的需求呈迅速增长态势。

在锂离子电池最初的几个循环过程中，锂离子在阴极与阳极材料间脱出/嵌入，并且在石墨等阳极材料表面形成SEI膜。SEI膜只允许锂离子通过，可以有效保护石墨等阳极材料，使其免受电解液中的溶剂分子(如EC、PC、DEC、EMC、DMC)的破坏。但是，SEI膜通常不稳定，在高电压、高温条件下容易分解，并伴随着容量的下降和大量气体的产生，导致电池厚度的膨胀，甚至可能引起电池爆炸等安全事故。

有鉴于此，确有必要提供一种具有理想高温性能和安全性能的锂离子电池及其电解液。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂离子电池及其电解液，其可显著提高锂离子电池的高温性能和安全性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种锂离子电池电解液，其包括非水有机溶剂、锂盐、添加剂和式(1)表示的化合物：

式(1)中，R₁为芳香基团或含有1-10个碳原子的烷烃，X为芳香基团，R₃、R4、R5各自独立地为F原子或含有1-10个碳原子的烷烃亲油基团。

在锂离子电池电解液中添加式(1)表示的化合物，可有效强化化成过程中形成的不稳定的SEI膜，其可在化成过程中在阴极/阳极界面与化成过程中形成的SEI膜再次成膜，再次形成的SEI膜耐高电压、耐高温，且具有阻隔电解液溶解和浸润良好的功能，使得锂离子电池具有良好的高温性能，稳定的SEI膜不被电解液溶解并保持良好的浸润效果，使得锂离子电池的高温和低温效果、倍率性能得到充分发挥，具体机理如下所示：

常规化成SEI膜：

此类有机SEI膜在高电压、高温下易分解，造成电池劣化，当添加式(1)表示的化合物后，有机SEI膜会进一步反应如下，并形成的稳定SEI(Ⅱ)：

SEI(Ⅱ)具有如下特征：

1)SEI膜本身耐受高电压，高温性能良好；

2)疏油部分起到很好地隔绝SEI与电解液溶剂的作用，避免在高温情况下因SEI溶于电解液溶剂中导致的性能劣化；

3)亲油部分起到与溶剂很好的浸润作用；

通过后化成形成稳定的SEI(Ⅱ)，可很好地稳定电池体系，因此，可提高锂离子电池的高温性能和安全性能。

根据本发明的一个方面，所述X为含有疏油基团的芳香基团。

根据本发明的一个方面，所述X为由式(2)表示的含有疏油基团的芳香基团：

式(2)中，R₆、R₇、R₈、R₉为NH₂、羟基、羧基。

根据本发明的一个方面，所述式(1)表示的化合物为：

根据本发明的一个方面，所述式(1)表示的化合物在电解液中的质量百分比为0.1%～10%。

根据本发明的一个方面，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯中的至少两种。

根据本发明的一个方面，所述非水有机溶剂选自碳酸酯、羧酸酯、醚类化合物和芳香族化合物。

根据本发明的一个方面，所述碳酸酯包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，环状碳酸酯和链状碳酸酯的质量比为4:1～1:20，其中，环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、碳酸丁烯酯中的至少一种，链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯、碳酸甲丁酯、碳酸亚丁酯中的至少一种。