[发明专利]一种电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种电解液及使用该电解液的锂离子电池，电解液包括非水溶剂、锂盐和添加剂，添加剂除含有碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯外，还包括含硅烷官能团的磺酸酯类和/或硫酸酯类化合物，其中硅烷官能团中烷基各自独立地选自碳原子数为1～3的烷烃或烯烃、卤素取代碳原子数为1～3的烷烃或烯烃。磺酸酯类或硫酸酯类化合物能够在正极材料表面生成致密坚韧的钝化膜，有效抑制体系内的氧化反应，起到正极保护作用。同时还可与其它添加剂协同作用，在负极表面形成致密稳定的SEI膜，有效阻止电解液在负极表面的还原反应与过渡金属的沉积，改善负极与电解液的界面，减缓存储或循环过程中电极界面的副反应，从而改善电池性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

随着环境问题及能源危机的日益严重，新能源汽车越来越受到市场及政策的追捧。但续航里程不足引起的消费者焦虑严重阻碍了新能源汽车的推广。为了解决续航里程不足的问题，高能量密度动力电池的开发迫在眉睫。

高能量密度活性材料的应用是开发高能量密度动力电池的重要方向之一。目前，锂离子电池所用的正极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂与三元材料等。钴酸锂具有优越的电化学性能与较充分的研究基础，在消费电子领域获得了广泛的应用，但由于价格原因较难在动力电池领域推广应用。磷酸铁锂材料在安全与成本方面表现优异，但较低的克容量与较低的电压平台决定了其较低的能量密度，因而其应用优势主要体现在固定的储能电站等领域。三元材料具有与钴酸锂接近的晶型结构，表现出接近的平台电压；同时由于镍金属的变价作用而具有更高的克容量，因而具有比钴酸锂材料更高的能量密度。不仅如此，为了进一步提高能量密度，科研工作者不断提升三元材料中镍元素的含量，目前已有镍含量高于80％的三元材料在开发中。可以说，高镍三元材料的应用直接关系着高能量密度动力电池的开发。

但随着三元材料中镍含量的提升，材料的晶格稳定性逐渐下降，在高温或循环过程中，易发生晶格坍塌，伴随着氧气释放与过渡金属溶出。这不仅导致正极材料本身结构的破坏，还会带来一系列副反应。释放的氧气与电解液发生反应，消耗电解液且导致电池鼓胀变形。过渡金属溶出后，会迁移并沉积在负极表面，导致负极表面阻抗增大与利用率的降低，从而恶化电池性能。为了提升三元材料的应用性能，一方面需要对三元材料进行掺杂与包覆优化，减小其高温下的活性；另一方面需要对电解液进行匹配研究，抑制高温高压条件下电解液和正极材料的副反应。比如中国专利CN201711264622.5指出，在电解液中使用1,3-丙烯基磺酸内酯、1,3-丙烷磺酸内酯等磺酸类添加剂，可以改善电池的高温性能；中国专利201610193138.7则公开了硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯等环状硫酸酯与三聚氰酸、1,3,5-三丙基异氰尿酸酯、1,3,5-三烯丙基异氰尿酸酯等异氰尿酸酯类添加剂联用，可以改善电池高温存储及循环性能；中国专利CN201810380196.X则公开了一种环磷酸硅氧烷添加剂，该类添加剂可以在高镍正极材料表面形成稳定的钝化膜，保护正极材料结构，从而体现出更优的高温及循环性能；中国专利201810211185.9则指出三(三甲基硅烷)硼酸酯或三(三甲基硅烷)磷酸酯可以在正极极表面生成有利于锂离子传输的有机降解物薄膜，阻止溶剂在正极表面的氧化分解，减少分解产物对锂离子电池电极的破坏，从而延长电池的储存寿命。

由此可见，电解液添加剂对三元材料的应用有重要影响，确有必要针对目前正极的研发趋势，特别是针对高镍三元材料开发匹配的电解液添加剂，及包含该添加剂的锂离子电池电解液。同时，本发明还提供一种包含上述电解液的锂离子电池。该锂离子电池具有优越的循环性能和高温存储性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种电解液及使用该电解液的锂离子电池，以抑制高温高压条件下电解液和电池材料的副反应，提高电池的循环性能和高温存储性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：