[发明专利]一种不含碳酸乙烯酯溶剂的锂离子电池非水电解液及电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种不含碳酸乙烯酯溶剂的锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池。本发明不含碳酸乙烯酯溶剂的锂离子电池非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，所述成膜添加剂中包含无机硫化物。本发明所述无机硫化物添加剂能在很少添加量的条件下，优先于溶剂及其他成膜添加剂，在负极石墨界面还原，形成优良的导锂无机物，同时本发明所述的电解液中不含碳酸乙烯酯溶剂，与常规含碳酸酯溶剂的电解液相比，所述电解液具有更优异的低温性能、倍率性能和安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是涉及一种不含碳酸乙烯酯溶剂的锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长寿命、宽工作温度范围和环境友好等优点，被广泛应用于3C数码产品、电动工具、电动汽车等领域，特别是在电动汽车领域，2015年以来呈现爆发式增长。

在锂离子电池商业化的负极材料中，主要以人造石墨、天然石墨、复合石墨为主，虽然硅基材料具有更大的克容量，但是由于其在脱嵌锂过程中，自身膨胀过大，会造成壳体破裂(钢壳圆柱型电池)或电池过厚(软包电池)，同时造成负极界面钝化膜的裂解和重组，锂离子不断被消耗，导致电池容量衰减和使用寿命缩短，以上缺点制约了硅基材料的大规模商业化。

商业化的碳基材料中，锂离子的嵌入电位为0.2～0.5V vs Li⁺/Li，因此电解液中添加剂的还原电位都应该高于此电位，在锂离子嵌入石墨层间前还原形成钝化膜，阻止锂离子溶剂化的共嵌入。优良的钝化膜应包含无机物和有机物。目前商业化的碳酸酯类溶剂中，碳酸乙烯酯能够还原形成钝化膜，但是该物质形成的钝化膜阻抗大，低温性能差，不利于锂离子的导通，在长循环过程中会不断的分解和重组，这对动力电池是一种很大的危害。

目前商业化的电解液添加剂中，主要以有机物为主，如硫酸乙烯酯，碳酸亚乙烯酯，氟代碳酸乙烯酯等。无机物类型的添加剂虽有报道，但是并不多见，如中国专利CN1956251A公开了无机硫化物如硫酸锂，亚硫酸锂，硫化锂及二氧化硫等无机物作为添加剂，虽能提高电池的低温性能及倍率性能，但本发明人通过大量的实验发现，无机硫化物单独作为添加剂时，并不能大幅度提高锂离子电池的电化学性能，主要是该类无机硫化物还原形成的钝化膜中无机物成分过多，导致钝化膜过于坚硬，在锂离子的脱嵌过程中更容易裂解和重组，对锂离子的长循环不利。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种不含碳酸乙烯酯溶剂的锂离子电池非水电解液，本发明中所述锂离子电池电解液通过有机添加剂和无机添加剂进行组合，同时不使用碳酸乙烯酯作为溶剂，可有效解决锂离子电池的常温循环性能、高温性能、低温性能或倍率性能差的问题，提高了锂离子电池的长循环性能。

为了实现上述目的，本发明不含碳酸乙烯酯溶剂的锂离子电池非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，所述成膜添加剂中包含无机硫化物。

本发明中，所述无机硫化物选自硫酸锂、亚硫酸锂、硫化锂、硫代硫酸锂和二氧化硫中的一种或多种。

优选地，所述无机硫化物的添加量占所述电解液总质量的0.01％～2.0％，更优选地，所述无机硫化物中二氧化硫的添加量占所述电解液总质量的0.5％～2.0％，其他无机硫化物的添加剂添加量占所述电解液总质量的0.01％～0.5％。

优选地，所述成膜添加剂中还含有负极成膜添加剂，所述负极成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、硫酸乙烯酯(DTD)、亚硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、三(三甲基硅烷)硼酸酯和甲烷二磺酸亚甲酯中的一种或多种。