[发明专利]一种高电压锂离子电池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领域，涉及到一种可明显改善高电压锂离子电池的循环性能和高温储存性能的电解液，以及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、长寿命、宽工作温度范围、安全性好、环保、自放电率低的特点，已广泛应用于移动设备、数码产品、储能电站、动力电池等领域。随着科技的进步，数码产品的功能日益丰富强大，电池续航能力不足日益明显；同时，数码产品有着向轻、薄化发展的趋势。电池的性能的不足已成为影响数码产品发展的严重问题；提高二次电池的能量密度是当前迫切需要解决的任务和课题。

优化锂离子电池的设计，达到空间利用最大化，或提高极片的压实密度，选择更薄的隔膜材料，均可提高电池的体积能量密度；通过开发工作电压高的新型正极材料，可有效提高电池的输出功率，增大电池的质量能量密度。目前常用的正极材料LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_xMn_yCo_zO₂充电截止电压为4.2V，电池工作电压为3.8V；由过渡金属取代的具有尖晶石结构的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，它在4.7V附近存在一个电压平台，对应Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化还原，实际应用中克容量可达140mAh/g，与常规材料相比，具有更高的能量密度，同时具有原料丰富、合成工艺简单、绿色环保的特点。近期的研究结果显示，经过适当改性的LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有较好的循环和倍率性能；LiNi_0.5Mn_1.5O₄作为锂离子电池正极材料具有广阔的应用前景，引起了研究者的广泛关注。

由于LiNi_0.5Mn_1.5O₄的平台电压高，目前由碳酸酯类溶剂和六氟磷酸锂电解质组成的常规电解液在4.5V(vs.Li/Li⁺)下会发生氧化分解，导致电池出现不可逆容量、严重气胀和性能恶化，同时带来了安全隐患；需要开发新型5V高电压电解液与其进行匹配。

5V高电压电池及电解液的开发，是当前学术和产业界的研究热点之一。量子化学计算可对分子的部分化学性质进行预测，为锂离子电池电解液的开发提供指导。根据前线轨道理论，分子的最高占据轨道（HOMO）能量最高，所受束缚最小，所以最活泼；分子的最高占据轨道对应于分子的氧化电位；电解液组分的HOMO能级越低，其抗氧化性越好。氟代碳酸酯、腈类、砜类化合物具有较低的HOMO能级，氧化电位＞5.5V(vs.Li/Li⁺)，成为高电压电解液溶剂的优秀备选材料。

然而实验结果显示，戊二腈、己二腈等腈类溶剂与锂离子电池石墨负极的相容性较差，易在负极表面发生聚合反应，阻止锂离子的脱嵌，引起电池性能的恶化。大部分的砜类（如甲乙砜、环丁砜）室温下为固体，只有与其它溶剂混合才能构成液体电解质，粘度大，电导率较低；而且同样存在与石墨负极相容性差的问题。目前，用于高电压锂离子电池电解液的腈类、砜类化合物等新型溶剂的开发和使用成本较高，实际应用中的性能也有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可显著改善5V高电压锂离子电池常温循环性能和高温储存性能的非水电解液，以及使用该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：

一种高电压锂离子电池电解液，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，添加剂包含正极成膜添加剂和常规添加剂，其中，正极成膜添加剂选自六氟三异丙基磷酸酯HFiP、九氟三异丙基磷酸酯PFBP、六氟异丙醇铝Al(HFiP)中的至少一种；

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)、1,3-丙烷磺酸内酯(1，3-PS)、1,3丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或几种。

优选的是，所述HFiP、PFBP、Al(HFiP)的含量占电解液总质量的比例在0.01%-8%(w.t.)内。

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。