[发明专利]一种高电压锂离子二次电池用非水电解质溶液及一种高电压锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池制备领域，本发明具体涉及一种高电压锂离子二次电池用非水电解质溶液及一种高电压锂二次电池。

背景技术

锂离子电池是新一代最具竞争力的电池，被称为“绿色环保能源”，是解决当代环境污染问题和能源问题的首选技术。近年来，在高能电池领域中锂离子电池已取得了巨大成功，但消费者仍然期望综合性能更高的电池面世，而这取决于对新的电极材料和电解质体系的研究和开发。

目前智能手机、平板电脑等电子数码产品对电池的能量密度要求越来越高，使得商用锂离子电池难以满足要求。提升电池的能量密度可以通过以下两种方式：

1.选择高容量和高压实正负极材料；

2.提高电池的工作电压；

然而在高电压电池中，在正极材料充电电压提高的同时，电解液的氧化分解现象会加剧，从而导致电池性能的劣化。另外，高电压电池在使用过程中普遍存在正极金属离子溶出的现象，特别是电池在经过长时间的高温存储后，正极金属离子的溶出进一步加剧，导致电池的保持容量偏低。造成这些问题的因素主要有：(1)电解液的氧化分解。在高电压下，正极活性材料的氧化活性较高，使得其与电解液之间的反应性增加，加上在高温下，高电压正极和电解液之间的反应进一步加剧，导致电解液的氧化分解产物不断在正极表面沉积，劣化了正极表面特性，导致电池的内阻和厚度不断增长。(2)正极活性物质的金属离子溶出与还原。一方面，在高温下，电解液中的LiPF6极容易分解，产生HF和PF5。其中HF会腐蚀正极，导致金属离子的溶出，从而破坏正极材料结构，导致容量流失；另一方面，在高电压下，电解液容易在正极被氧化，导致正极活性物质的金属离子容易被还原而溶出到电解液中，从而破坏正极材料结构，导致容量损失。同时，溶出到电解液的金属离子，容易穿过SEI到达负极获得电子而被还原成金属单质，从而破坏了SEI的结构，导致负极阻抗不断增大，电池自放电加剧，不可逆容量增大，性能恶化。

氟代碳酸乙二酯(FEC)由于其具有较高的分解电压和抗氧化性，同时具有较好的成膜特性，目前普遍用于高电压锂离子电池电解液中以保证高电压电池的循环性能。但FEC作为高电压电池的电解液的添加剂，也存在较多问题。其高温特性较差，在高温下容易分解产生游离酸(HF)，容易导致电池在高温循环后厚度膨胀和内阻增长较大；同时由于其在高温下分解产生游离酸，会进一步加剧高电压正极的金属离子溶出，会进一步劣化高电压锂离子电池长时间高温存储性能。

二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)具有优异的化学稳定性，遇水无氟化氢生成，出色的耐高温性能，LiTFSI作为主盐或作为添加剂，显著提高电池循环使用寿命，改善储存后电池性能。

美国专利US5471862将电解液中的醚类换成链状羧酸酯，形成含有链状羧酸酯、环状碳酸酯及链状碳酸酯混合溶剂的电解液，避免了醚类与负极的副反应，明显改善了锂离子电池的低温循环性能与高温存储性能，但是羧酸酯类溶剂会与负极发生不可避免的副反应。

有鉴于此，确有必要提供一种改善高电压下稳定性好、同时兼顾循环和高温性能的电解液方法。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高电压锂离子二次电池用非水电解质溶液及一种高电压锂二次电池。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种高电压锂离子二次电池用非水电解质溶液，其包括非水有机溶剂和溶于该非水有机溶剂的锂盐以及添加剂，所述非水有机溶剂为在非水电解质溶液中的质量百分含量为1～40％的羧酸酯类化合物；

所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)﹑二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和具有式I所示结构化合物中的至少一种，式I为:

式中R₁，R₂表示氢或1～5个碳原子的烷基。

所述羧酸酯类化合物选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯中的一种或两种以上。

所述氟代碳酸乙烯酯在非水电解质溶液中的质量百分含量为1％～6％；所述二(三氟甲基磺酰)亚胺锂在非水电解质溶液中的质量百分含量为0.1％～6％。

所述具有式1所示化合物在非水电解质溶液中的质量百分含量为0.1％～2％。