[发明专利]一种锂离子电池用非水电解质溶液及采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制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池用非水电解质溶液及采用该电解液的锂离子电池。

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：选择高容量和高压实正负极材料；提高电池的工作电压。采用高容量正极材料或高电压正极材料是提升锂离子电池能量密度的最有效途径。

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。对于目前商业化的4.3V以上的钴酸锂高电压电池，普遍存在高温循环和高温存储性能差的问题，主要体现在高温循环后厚度膨胀和内阻增长较大，长时间高温存储后容量保持偏低。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。

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。

美国专利US2008/0311481Al(SamsungSDICo.,Ltd)公开含有两个腈基的醚/芳基化合物，改善电池在高电压和高温条件下的气胀，改善高温存储性能,其低温性能待改进。

发明内容

针对以上背景技术中存在的不足，本发明提供了一种锂离子电池用非水电解质溶液及采用该电解液的锂离子电池。

一种锂离子电池用非水电解质溶液，其包括非水溶剂和溶于该非水溶剂的锂盐以及添加剂，该添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、二腈化合物和富马酸酯类化合物；

二腈化合物结构式为式Ⅰ：

其中，R表示碳原子数为1～10的基团；R独立地选自亚烃基、乙氧基、苯基、乙烯基的基团中的一种；

富马酸酯类化合物结构式为式Ⅱ：

其中，R1、R2为碳原子1～4的烷烃或硅烷氧基类基团。

以所述非水电解质溶液的总重量计，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为1～6％。

所述的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、碳酸甲丙酯、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。

所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂盐中的一种或两种以上。

所述二腈化合物的质量百分含量为1％～6％。

所述二腈化合物选自丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、癸二腈、2-甲基戊二腈、2-亚甲基戊二腈、1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1,3-苯二乙腈、1,4-二氰基-2-丁烯中的一种或两种以上。

所述富马酸酯类化合物的质量百分含量为0.1％～2％。