[发明专利]一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种非水锂离子电解液及使用该电解液的锂离子电池，该电解液包括结构式1所示的化合物中的一种或者两种以上，其中R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、氰基、卤素原子或者含1－5个碳原子的基团。由于结构式1所示化合物的存在，本发明所提供的锂离子电池电解液可适用于电压区间为4.4V－4.5V的高镍三元锂离子电池并能提升常温和高温循环性能及高温存储性能和低温放电性能。

[技术领域]

本发明涉及锂离子电池，更具体地，本发明涉及匹配高电压高镍正极的非水电解液的功能添加剂、非水电解液和使用该非水电解液的锂离子电池。

[背景技术]

近年来随着智能电子产品和新能源汽车市场的快速发展，对高能量密度锂离子电池的性能要求越来越苛刻。正极材料作为锂离子的电池主材之一，其组成、结构及工作电压都对电池容量及循环寿命产生巨大影响。常规的正极材料在4.2V电压下表现出优异的循环性能和高低温性能，但是其容量低的特性无法满足高端产品的需求。提高工作电压能够提高电池的容量，但是循环性能会降低。在高电压下(4.4－4.5V)，正极材料界面具有较多强氧化性及高活性的Ni⁴⁺，这些Ni⁴⁺会氧化分解电解液，还原产生的Ni²⁺容易与Li⁺发生混排，导致材料结构的变化及金属离子的溶出，从而导致容量衰减严重，影响了电池的循环寿命及应用。通过在正极表面形成一层钝化膜，能够有效阻止电解液在正极表面的氧化，同时能提高正极材料在高电压下的稳定性。由此可知，正极钝化膜的性能对高电压锂离子电池性能至关重要。

为了解决上述问题，通过在正极表面包覆Al₂O₃、AlF₃、ZrO₂、Li₃PO₄等惰性物质可以在一定程度上减缓材料的结构恶化同时提高材料的界面稳定性，但仍无法避免电极材料对电解液的氧化反应，这是由于电解液组分中的溶剂或添加剂的HOMO能级比较高，使得其比较容易失去电子，在正极材料界面发生氧化反应。许多科研工作者通过在电解液中添加不同的添加剂：如1，3－丙烷磺内酯 (1，3－PS)、1，4－丁烷磺内酯(BS)、1，3－丙烯磺内酯(PST)、亚硫酸亚乙酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)，这些添加剂可以在正极材料表面形成钝化膜来改善电池的性能，但是形成的钝化膜在高温高电压长时间存储和循环后容易破损，电解液继续在正极表面发生副反应并破坏正极结构的稳定性，从而导致电池容量急速衰减。

[发明内容]

本发明提供一种适用于高电压(4.4V－4.5V)三元电池的电解液，并能提升电池循环性能、高温存储性能和低温性能，进一步提供一种包含上述锂离子电池非水电解液的锂离子电池。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种锂离子电池非水电解液，包含结构式1所示的化合物中的一种或者两种以上，

其中R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、氰基、卤原子或含有1－5个碳原子的基团。

作为本发明的进一步改进方案，上述含1－5个碳原子的基团选自烃基、炔基、卤代烃基、含氧烃基、含硅烃基或含氰基取代的烃基。

作为本发明的进一步改进方案，R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、氟原子、甲基、乙基、丙基、三甲基硅氧基、氰基或三氟甲基。

作为本发明的进一步改进方案，所述结构式1所示的化合物的添加量含量相对于所述锂离子电池非水电解液总质量的0.1％－5％。

作为本发明的进一步改进方案，所述结构式1所示的化合物具体选自如下化合物1至化合物9，

作为本发明的进一步改善方案，上述锂离子电池非水电解液还包括碳酸亚乙酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)中的一种或者两种以上。