[发明专利]非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池。所述非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂含有至少一种膦酸环酐类化合物和至少一种环状硫酸酯类化合物；膦酸环酐类化合物在非水电解液中的质量分数为0.05％～3％，环状硫酸酯类化合物在非水电解液中的质量分数为0.01％～3％。与现有技术相比，本发明通过将膦酸环酐类化合物和环状硫酸酯类化合物作为功能性混合添加剂，显著改善了电池的低温放电特性，同时又保证了电池具有相当的高温存储性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有比能量高、循环寿命长、自放电小等优点，被广泛应用于消费类电子产品以及储能与动力电池中。随着锂离子电池的广泛应用，其使用环境也早已趋于多种多样，并对电池的性能提出了更高的要求。例如，若要手机等电子产品在严寒地区也能正常工作，就要求锂离子电池必须具有良好的低温放电性能。

锂离子电池的低温放电特性受到诸多因素的影响，其中，电解液作为锂离子电池的重要组成部分，对其低温放电性能有着重大地影响。从电解液的角度改善锂离子电池低温性能的方法主要有以下两个：第一是选择粘度较低的溶剂并大量使用，以提高锂离子电池的低温放电性能；其二是优化电解液添加剂，通过提高负极SEI膜的电导率，来有效改善锂离子电池的低温性能。但是，使用第一种方法，会导致电池在高温下保存时容易胀气，不能最终解决锂离子电池在应用中的问题；使用第二种方法副作用相对较小，但目前也没能找到效果满意的添加剂。

有鉴于此，确有必要提供一种能够提高电池低温放电性能、且不影响其高温性能的电解液以及锂离子电池。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够在保证电池高温性能的同时，显著改善锂离子电池低温放电性能的非水电解液，并提供使用该非水电解液的锂离子电池。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂含有至少一种膦酸环酐类化合物和至少一种环状硫酸酯类化合物。

研究表明，在电解液中单独加入适量的环状硫酸酯类化合物或膦酸环酐类化合物中的任意一种时，虽然能够使电池的低温放电性能得到少许提高，但效果却不足以满足对电池低温性能的更高要求。本发明通过将膦酸环酐类化合物和环状硫酸酯类化合物共同作为电解液添加剂混合使用，可以显著改善锂离子电池的低温放电特性，同时又能满足电池的高温存储要求。其原因可以考虑如下(但并不限于此)：电解液中同时加入适量的膦酸环酐类化合物和环状硫酸酯类化合物时，它们会共同参与在负极表面形成稳定的固体电解质界面膜(简称SEI膜)，该混合SEI膜同时含有S-O和P-O杂原子，有利于增加SEI膜的离子电导率，使锂离子的移动变得顺畅，从而得到优异的低温性能；此外，由于膦酸环酐类化合物是强脱水性物质，能够去除电池中的痕量水分，减少副反应并保护SEI膜，因此能够起到抑制电池高温鼓胀的作用。

作为本发明非水电解液的一种改进，所述膦酸环酐类化合物为一种或多种膦酸经分子间脱水缩合形成的具有环状结构的化合物，所述环状结构由P原子和O原子交替构成，且P原子上连有磷氧双键。也就是说，所述膦酸环酐类化合物具有式(Ⅰ)所示的化学结构式：

在式(Ⅰ)中，R₁、R₂、R₃各自独立地选自碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为6～26且含有至少一个苯环的基团。

上述烷基的碳原子数的优选上限值依次为16、12、8、6、4、3；例如，在碳原子数的上限值为16的情况下，烷基的碳原子数范围是指1～16；烷基的最优选碳原子数为1～3。烷基可为链烷基或环烷基：链烷基包含直链烷基和带有支链的烷基；环烷基为含有脂环结构的饱和烷基，脂环上可以含有或不含有取代基。