[发明专利]一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池。本发明的锂离子电池电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂中至少包含一种苯并咪唑类化合物，所述苯并咪唑类化合物的结构为M或N中的一种或多种，其中化合物M的结构为化合物N的结构为R₁，R₂，R₃官能团分别独立的选自1‑3个碳的烷基、1‑3个碳的多氟烷基、1‑3个碳的腈基、酰胺基、三氟甲磺酸基、苯磺酸基或羧酸基。通过在不同正极材料电池体系中的应用发现，本发明提供的添加剂及电解液在高镍及高电压体系中均具有较好的性能表现，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体是涉及一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池。

背景技术

近几年，锂离子电池的发展受到广泛关注，其在手机数码领域、电动汽车、电动自行车、电动工具、储能等方面发展迅猛。由于人们对续航能力的要求的提高，高能量密度的电池成为研究的热点。一方面，本身具有高能量密度的电极材料，如高镍材料、富锂锰基、硅碳负极等电极材料吸引了大量的目光；另一方面，高电压锂离子电池也是目前研究的主要趋势，给电池材料提出了新的挑战。

为了提高锂离子电池的能量密度，常用的措施是提高正极材料的充电截止电压或提高正极材料中镍的含量，如LCO-4.4V、LCO-4.45V、NCM-4.4V，NCM(811)，但正极材料在高电压下，会导致钴原子的过度脱出以及金属离子的溶解，导致正极材料结构坍塌损坏；其次是高电压下，正极材料的活性增大，加速电解液在正极材料表后面的氧化分解，从而导致电池循环性能变差，电池产气膨胀，影响电池的使用寿命和安全性能。而在高镍体系中随着镍含量增加，离子混排现象比较严重；高氧化态的金属氧化物具有较强的氧化性，能够催化有机溶剂及添加剂的分解，造成正极CEI膜的增厚和阻抗的增加，从而造成容量衰减；；正极材料才充放电过程中容易产生裂纹，并且伴随着晶格氧的释放形成高活性态的O，容易造成电池在使用或储存过程中产气，缩短了电池的使用寿命并伴随着电池的安全性问题的产生。高镍正极材料对电池的生产工艺极为严苛，对水分的敏感性较高。正极材料中过渡金属镍、锰离子的溶出后一方面起到催化分解电解液的效果，加速了电解液的消耗，另一方面容易随着电荷的迁移进入到负极破坏SEI膜造成负极的失效；高温环境下电池体系中六氟磷酸锂及电解液中不稳定成分的分解容易产生HF、POF₃和PF₅，加速了对电解液和界面膜的破坏造成电池的失效；

此外，目前商业锂离子电池电解液中通常包含多种添加剂，例如常见的固体电解质界面膜(SEI)成膜添加剂、防过充添加剂和阻燃添加剂等。其中，SEI成膜添加剂是研究比较多的一种添加剂，碳酸亚乙烯酯(VC)为常见的SEI成膜添加剂。VC在锂离子电池中会在负极表面发生聚合反应，形成一层致密的SEI膜，从而阻止电解液在负极表面发生进一步的还原分解，但是VC同时也会在正极表面发生氧化反应分解，对锂离子电池的性能产生负面影响，特别是在电势较高的三元正极材料、电池工作温度较高的条件下，这一问题尤为突出(Varvara Sharova等,J.Power Sources,2018,375,43–52)。高镍体系或高电压锂离子电池体系中都急需寻找新的正极成膜添加剂，同时需要维持电解液的稳定性，减少电解液中不稳定因素(电解液的分解，水分、酸度等引起的副反应)以此解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池。

为达到本发明的目的，本发明的锂离子电池电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂中至少包含一种苯并咪唑类化合物。

进一步的，所述苯并咪唑类化合物的结构为M或N中的一种或多种，其中化合物M的结构为化合物N的结构为

优选的，所述苯并咪唑类化合物的添加量占电解液总重量的0.05-2％。