[发明专利]一种非水电解液及锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，更具体地说，涉及一种可用于锂离子二次电池中的非水电解液及使用该非水电解液的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应和循环寿命长等优点，目前已经成为了3C电池和动力汽车电池的首选。在过去十年，3C电池的稳定增长带动了锂电池行业的快速发展。3C领域的锂离子二次电池，要求具有比能量密度高、循环性能和高温性能好的特点；而在动力汽车领域，动力锂离子电池要求具有优异的高低温性能、长寿命循环性能、长期存储性能和安全性能的特点。

钴酸锂材料因其高的比能量密度和良好的循环性能，一直是3C领域锂离子电池的首选正极材料，但钴酸锂作为正极材料的缺点是其安全性差，且价格高。三元镍钴锰材料和磷酸铁锂材料因其优良的循环性能和安全性成为目前动力锂离子电池的主流正极材料；三元材料动力锂离子电池具有能量密度高，常温循环和低温性能优良，安全性好的优点，缺点是高温性能不足；磷酸铁锂材料动力锂离子电池具有循环性能和高温性能优异，安全性优异的优点，缺点是低温性能不足，能量密度较低。无论对于哪种材料的锂离子电池，电解液是影响电池各项电化学性能的关键因素，特别地，电解液中的添加剂对电池的各项性能发挥尤其重要。

目前3C领域普遍使用的是钴酸锂电池，而且越来越多的使用高电压钴酸锂电池。随着锂离子电池的能量密度要求不断提高，电池越来越要求高容量化，这就要求电池的正、负极面密度和压实密度不断提高，随之带来的就是电池的阻抗不断增大。

而在动力锂离子电池领域，为了保证优异的循环性能，电解液中一般会选择碳酸亚乙烯酯(VC)、亚甲基碳酸乙烯酯或乙烯基碳酸乙烯酯等作为成膜添加剂。因为这三类添加剂在电池首次充电时，能在石墨负极形成优良的SEI膜，该SEI膜致密性好，热稳定性好，能明显抑制电解液在负极的还原分解，大大提高了循环过程中负极的稳定性，从而大大提高了电池的循环寿命，特别是高温下的循环寿命。但这类成膜添加剂在使用时，也有明显的缺点，就是其分解所形成的SEI膜阻抗较大，直接导致了电池直流内阻(DCIR)的增大和低温性能的明显劣化，且这两个性能会随着成膜添加剂含量的提高，劣化更明显。因此，在动力电池中，使用碳酸亚乙烯酯(VC)、亚甲基碳酸乙烯酯和乙烯基碳酸乙烯酯等添加剂来改善循环的同时，要解决这些添加剂所带来的高阻抗的问题。

为了解决3C领域小电芯因高容量所带来的高阻抗问题和动力电池领域电解液因使用VC、亚甲基碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯等所带来的高阻抗问题，需要在这两个领域的电池电解液体系中使用能降低阻抗的添加剂。电解液中使用降低阻抗添加剂，可以降低电池的阻抗，降低充放电过程中的DCIR，提高低温性能，高温性能和循环性能。

发明内容

本发明提供一种可用于锂离子二次电池中的非水电解液，该非水电解液的常温和高温循环性能优良、阻抗较低、低温性能和高温性能良好；并在此基础上，提供一种使用该非水电解液的锂离子二次电池，其具有优良的综合性能。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种锂离子二次电池非水电解液，包含非水有机溶剂、锂盐，还包含以下的(A)和(B)：

(A)结构式1所示的甲基磺酸酐；

(B)选自结构式2所示的碳酸亚乙烯酯化合物、结构式3所示的亚甲基碳酸乙烯酯化合物、结构式4所示的乙烯基碳酸乙烯酯化合物的至少一种化合物；

其中，结构式2、3、4中，R₁～R₁₂各自独立地选自氢原子、卤素或碳原子数为1～5的烷基。

作为本发明的优选方案，所述(A)占电解液总重量的0.1％-5％。

作为本发明的优选方案，所述(B)占电解液总重量的0.2％-5％。

作为本发明的优选方案，所述(A)占电解液的总重量与(B)占电解液的总重量之间的比值大于或等于0.2。

作为本发明的优选方案，所述(B)为碳酸亚乙烯酯、亚甲基碳酸乙烯酯和乙烯基碳酸乙烯酯中的至少一种化合物。

作为本发明的优选方案，还包括1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯和1,3-丙烯磺内酯中的至少一种化合物。

作为本发明的优选方案，所述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的一种或两种以上。