[发明专利]一种锂离子电池电解液及其锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池电解液及其锂离子电池。其中，该锂离子电池电解液包括12～20％电解质锂盐、0.4～2.5％成膜添加剂、0.4～2.5％功能性添加剂以及余量的有机溶剂；其中，功能性添加剂为丁二酸酐、1‑正丙基磷酸酐、2‑甲基马来酸酐或其卤代化合物中的一种或多种。本发明的锂电池用电解液配方，提升了电解液在锂电池、特别是钛酸锂电池的稳定性，抑制电池产气及避免高温胀气，保证了钛酸锂电池高温循环及高温存储性能优异性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池电解液及其锂离子电池。

背景技术

近年来，锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、热稳定好、环保无污染等一系列优点而成为研究热点。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液组成。负极材料直接影响电池的电化学性能，主要有碳材料、硅基材料和钛氧化物等。目前市场上应用最广的是石墨材料，具有较高的导电性能和理论比容量(372mAh/g)，嵌锂电位约为0.2V(vs Li⁺/Li)，且来源丰富，但在快速充电及低温充电过程中，容易发生析锂问题。硅基材料因具有较低的嵌锂电位和极高的理论放电比容量(4200mAh/g)而受到重视。然而，硅基材料在充放电过程中体积变化高达300％，在电解液中难以形成稳定的SEI膜，导致硅基材料结构塌陷及与电解液之间的固液相界面破坏，最终导致电池循环性能变差。钛氧化物负极材料主要是尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂，与其它负极材料相比具有优越的循环性能，稳定的充放电平台和可靠的安全性；另外，Li₄Ti₅O₁₂作为“零应变”材料在循环、倍率、安全性方面相比于传统石墨负极材料有巨大优势。

钛酸锂电池在商业化过程中面临胀气问题，电池胀气会造成电池内部正负极片间产生气泡，造成Li⁺迁移困难，出现死锂区，导致容量降低、内阻增大、循环性能衰减等问题。针对钛酸锂胀气机理，业内认为水分分解以及钛酸锂材料表面的Ti³⁺催化电解液发生分解反应产生气体是钛酸锂电池胀气的主要原因，因此控制电池制备过程的水分以及电解液中加入负极成膜添加剂，促使钛酸锂材料表面形成致密的SEI膜是解决电池胀气的两大主要措施。

现有技术中，CN108520977A公开了一种钛酸锂电池非水电解液，包括：锂盐、碳酸酯类有机溶剂、长寿命功能添加剂、其他成膜添加剂，其中，锂盐组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：1mol/L～2mol/L；其他成膜添加剂组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：0mol/L～0.5mol/L；长寿命功能添加剂组分在钛酸锂电池非水电解液中的质量占比取值范围为：1％～5％。该电解液通过添加长寿命功能添加剂和其他成膜添加剂，提升了电解液在钛酸锂电池中的稳定性，达到了提高钛酸锂电池性能的效果。但上述技术所述的电解液对于应用Ni含量较高的正极三元材料(x≥0.5)来说，添加剂是不足的，随着电池能量密度的提升，需开发适用于正极为LiNixCoyMezO₂(0.5≤x≤0.8，y＞0，z＞0)三元材料的电解液配方。

发明内容

本发明旨在提供一种锂离子电池电解液及其锂离子电池，以提升电解液在锂电池中的稳定性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锂离子电池电解液。该锂离子电池电解液包括12～20％电解质锂盐、0.4～2.5％成膜添加剂、0.4～2.5％功能性添加剂以及余量的有机溶剂；其中，功能性添加剂为丁二酸酐、1-正丙基磷酸酐、2-甲基马来酸酐或其卤代化合物中的一种或多种。

进一步地，有机溶剂为环状碳酸酯类化合物和链状碳酸酯类化合物的组合。

进一步地，环状碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种；链状碳酸酯类化合物为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种。