[发明专利]锂离子电池电解液及使用它的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

飞速发展的信息时代中，手机、笔记本、相机等电子产品的需求逐年增加。锂离子电池作为电子产品的工作电源，具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高等特点，正逐步取代传统的Ni-Cd、MH-Ni电池。然而随着电子产品市场需求的扩大及动力、储能设备的发展，人们对锂离子电池的要求不断提高，开发具有高能量密度和满足快速充放电的锂离子电池成为当务之急。目前，有效的方法是提高电极材料的电压、压实密度和选择合适的电解液。

商品化锂离子电池广泛应用的电解液是以六氟磷酸锂(LiPF₆)为导电锂盐，以环状和链状碳酸酯混合物为溶剂。但上述电解液仍存在诸多的不足，如电解液耐高压、高温性能差，在电极表面形成较厚的界面膜，导致电池倍率性能低。因此，发展满足电池高电压、高倍率、高稳定性需求的电解液极为重要。

文献报道，链状羧酸酯具有低熔点、低粘度的特点，能有效地改善锂离子电池在常温和低温环境下大倍率充电特性，能够有效降低电池直流内阻从而降低充电过程的温升。链状羧酸酯类化合物可在石墨电极表面形成良好的界面膜，利于锂离子电池表现出良好的循环和倍率性能(Journal of The Electrochemical Society,2005,152,A1837)。因此，羧酸酯溶剂是非常有可能应用于锂离子电池，用于改善目前锂离子电池的循环、倍率性能。但羧酸酯应用于高电压钴酸锂(LiCoO₂)等电池时，由于电池充放电时存在较强的氧化性(LiCoO₂电极、活性氧)，容易导致羧酸酯的氧化分解(Journal of The Electrochemical Society,2002,149,A361)。另外，基于羧酸酯体系的电池高温(60℃)循环时，电池容量损失严重(US 8679676B2)，电池高温存储性能劣化严重。因此，为了进一步拓宽羧酸酯溶剂的使用范围，提高羧酸酯电解液在高电压、高温体系中的稳定性，需要向羧酸酯电解液中加入合适的添加剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高电压下(＞4.35V)，提高锂离子电池高温体系稳定性的电解液，用于解决因依靠羧酸酯提高动力学性能而带来的高温存储和循环性能变差的问题。

本发明提供了一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、以及添加剂；所述非水有机溶剂包含链状羧酸酯；所述添加剂包括磺酸内酯和二腈化合物。

在根据本发明一方面的锂离子电池非水电解液中，所述链状羧酸酯选自结构如式I所示化合物中至少一种：

其中R₁，R₂为碳原子数目介于1～5的烷烃基或卤代烷烃基。优选R₁为CH₂CH₃。式I表示的羧酸酯类化合物可包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯。这种酯类化合物可单独或者混合使用。

在根据本发明一方面的锂离子电池非水电解液中，所述磺酸内酯为包含具有式II或式III或式IV或式V所示结构的磺酸内酯中的至少一种；

其中R₃～R₆各自独立的选自H、F、Cl、Br、硝基、氰基、羧基、磺酸基等取代基，或碳原子数为1～10的饱和或不饱和烷烃基中的任意一种。其中，烷烃基不带有取代基，也可以具有O原子、卤素原子、硝基、氰基、羧基、磺酸基等取代基。优选所述R₃～R₆各自独立地选自H、碳原子数为1～3的饱和或不饱和烷烃基或烷氧基、碳原子数为1～3含氟烷烃基。在根据本发明一方面的锂离子电池非水电解液中，所述二腈化合物为具有式VI所示结构的化合物的至少一种；

其中R₇为碳原子数目为1～10的烷烃基或者烷氧基。

根据本发明一方面的锂离子电池非水电解液中，所述非水有机溶剂中，以所述非水有机溶剂体积为基准，所述羧酸酯的含量为10vol.％～70vol.％。如果羧酸酯含量低于10％，低温和高功率性能改善不明显。如果所述含量超过70％，不可逆副反应增加。