[发明专利]一种超高温型高电压锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种超高温型高电压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

锂离子电池具有工作电压高、比容量大、循环寿命长、无记忆效应及环境友好等优点，被广泛应用于数码、储能、动力和军用航天航空等领域。电解液作为锂离子电池中离子传输的载体，对锂离子电池各方面性能的发挥起着至关重要的作用。

目前，为了满足终端设备的能量密度要求，主要通过提高活性材料压实密度和提高充电截止电位来实现，但是提高正极活性材料充电截止电位会加速电极和电解液的界面副反应。特别是在高温环境下，4.35V以上高电压电池在长时间的循环和储存过程中普遍存在厚度膨胀、内阻增大、容量保持率低的问题。造成高电压电池高温性能差的因素主要有：(1)、高温条件下加剧了过渡金属离子对电解液的催化分解，电解液分解气体产物直接导致电池厚度膨胀，固体产物在正负极界面沉积，增大电池内阻和极片厚度；(2)、LiPF₆高温条件下分解产生的HF腐蚀正极活性物质，导致过渡金属离子溶出，从而破坏正极材料结构，影响电池性能发挥；(3)、电池在首次充电时形成的SEI膜在高温条件下发生分解，SEI膜结构遭到破坏，导致电池阻抗上升、容量降低。

因此，为有效提高锂离子电池能量密度，急需开发出电极/电解液界面相容性佳、循环寿命长、高温性能优异的超高温型高电压锂离子电池电解液。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超高温型高电压锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池，所制备的锂离子电池可以满足4.35V满电态85℃储存16h的超高温性能要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超高温型高电压锂离子电池电解液，包含非水有机溶剂、六氟磷酸锂、抑制产气添加剂及低阻抗添加剂，其特征在于：所述非水有机溶剂包含碳酸酯溶剂和高沸点羧酸酯溶剂，其中碳酸酯溶剂和高沸点羧酸酯溶剂质量比为50-90:50-10；所述抑制产气添加剂为结构式I所示的磺酸内酯化合物；所述低阻抗添加剂为氟磺酰亚胺锂和结构式II所示的环状硫酸酯的任一种或两种混合；

结构式I和结构式II中：n、m为1～4的整数，R₁为氢原子、甲基、丙基和乙烯基的任一种。

所述磺酸内酯化合物为1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯中的至少一种。

所述磺酸内酯化合物用量占所述电解液总质量的2.0％～8.0％。

所述氟磺酰亚胺锂为双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种；其用量占所述电解液总质量的0.2％～3.0％。

所述环状硫酸酯为硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,4-丁二醇硫酸酯、4-甲基硫酸乙烯酯、4-丙基硫酸乙烯酯中的至少一种。

所述环状硫酸酯用量占所述电解液总质量的0.5％～2.0％。

所述碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种；所述高沸点羧酸酯溶剂为乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸正丙酯、正丁酸乙酯中的至少一种。

所述添加剂还包括乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、乙二醇双(丙腈)醚中的任意一种及以上；其用量占所述电解液总质量的0.5％～10.0％。

一种超高温型高电压锂离子电池，包括正极、负极、隔离膜和以上所述的超高温型高电压锂离子电池电解液，所述锂离子电池充电截止电压大于4.3V而小于等于4.5V。

所述正极的活性物质的结构式为：LiCo_xL_1-xO₂，其中，L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si或Fe，0<x≤1。

本发明的优点在于：

1、本发明选用碳酸酯和高沸点的羧酸酯作为共溶剂，可有效提升锂离子电池高温储存性能；此外，低粘度的羧酸酯溶剂可以改善电解液对石墨负极的浸润性、降低电极/电解液界面阻抗，在减少电池保液量的同时改善电池循环性能。

2、本发明选用的磺酸内酯化合物能够在正极表面成膜，抑制钴的溶出和电解液的分解产气，有效提升电池高温储存性能、减少厚度膨胀并提高电池容量保持率。