[发明专利]锂离子电池及其电解液

说明书

本发明公开了一种锂离子电池电解液，其包含有机溶剂、电解质锂盐，以及含有γ‑丁内酯、硫酸亚乙酯、己二腈和氟代碳酸乙烯酯的组合添加剂，其中，以重量百分比计，电解液含有0.1％～40％γ‑丁内酯、0.1％～5％硫酸亚乙酯、0.1％～10％己二腈和1％～10％氟代碳酸乙烯酯。本发明通过向锂离子电池电解液中加入组合添加剂，能够使锂离子电池在高电压体系下的安全性能、高温存储和循环性能得到明显改善。此外，本发明还公开了一种锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种可用于高电压体系的锂离子电池及其电解液。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池的电解液主要是基于碳酸乙烯酯(EC)的碳酸酯基电解液，但当电压高于4.5V时，碳酸酯基电解液溶剂会发生分解并造成整个锂离子电池性能的下降。迄今为止，还没有新型溶剂可以完全替代碳酸酯类溶剂，因此高电压材料的测试仍基于常规的电解液溶剂体系，如EC/EMC/DMC、EC/DEC、EC/DMC和EC/EMC等。

在常规电解液中使用正极成膜添加剂可以满足高电压材料的使用需求，选择优良的成膜添加剂联合使用，既能体现出单一添加剂在某些方面的优势，又能改善其在某些方面的不足，使锂离子电池表现出优良的综合性能。

γ-丁内酯(GBL)具有液态温度范围宽(熔点-45℃，沸点204℃)、合适的粘度(1.75mpa/s，25℃)、较高的介电常数(25℃，εr＝39.1)和对锂盐的高溶解能力等优点，在不影响其它性能的基础上可以改善锂离子电池的高、低温性能。例如，专利文献CN1755974A中添加了体积比1％～50％的γ-丁内酯，可提高电解液的高温和低温性能。专利文献CN102306837A中添加了重量比60％～90％的γ-丁内酯，可提高电解液的高低温性能，提高锂离子电池的放电性能，使其可以在-40℃～50℃的环境中工作，电池放电性能好、工作温度窗口比较大。专利文献CN103107358A中揭示了添加剂碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯和六甲基二硅胺烷组合使用的锂离子电池电解液具有理想的低、高温循环性能。

但是，电解液加入γ-丁内酯后粘度增大，对极片浸润性变差，影响锂离子电池的循环性能，4.4V高电压后锂离子电池的存储和循环性能会进一步变差，因此不适用于高电压体系。

有鉴于此，确有必要提供一种可使用于高电压体系具有理想的安全、循环、存储性能的电解液。

发明内容

γ-丁内酯由于其不对称五元环结构较容易被铁、钴、镍等过渡金属催化断键，在电解液中容易在正极表面催化氧化形成正极保护膜，在高电压下其作用更为明显，是非常理想的高电压电解液添加剂或溶剂。但是，γ-丁内酯有两个比较严重的弱点，使其在较长时间内没有得到广泛应用：一是γ-丁内酯与广泛使用的六氟磷酸锂兼容性不好，相互促进分解，影响锂离子电池性能；二是γ-丁内酯在负极表面形成的SEI膜阻抗较大，对锂离子电池的循环性能和倍率性能不利。

本申请的发明人经过潜心研究发现：在正极方面，γ-丁内酯、硫酸亚乙酯结合使用，由于结构的相似性，成膜过程中可发生酯交换形成共聚物，形成的保护膜更稳定。为了提高γ-丁内酯与六氟磷酸锂兼容性，在电解液中加入己二腈，腈基可以吸收氢氟酸，还可以与五氟化磷形成氢键减缓五氟化磷分解，提高γ-丁内酯与六氟磷酸锂的兼容性。己二腈在电池中的良好表现还来源于其自身的良好的化学稳定性和电化学稳定性，不易被氧化还原，使其可以超越常规吸酸剂的主要原因。在负极方面，采用氟代碳酸乙烯酯优先γ-丁内酯在负极表面成膜，其形成具有强拉电子能力的氟代聚合物，可以抑制γ-丁内酯在负极表面的成膜，从而提高锂离子电池的循环性能和倍率性能。有利于实现高电压、长循环、高存储性能和安全性能。

基于以上发现，本发明的目的在于：克服现有技术中锂离子电池在高电压下高温存储性能差、循环性能差的缺点，提供一种可使用于高电压体系具有理想安全、循环、存储性能的锂离子电池及其电解液。