[发明专利]一种钴酸锂高电压锂离子电池非水电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种钴酸锂高电压锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括功能添加剂和具有式(Ⅰ)结构的苯并咪唑类化合物。本发明通过优化电解液配方，采用独特组合的添加剂、混合锂盐和混合溶剂，各组分协同作用，能够有效地在锂离子电池负极成膜，抑制电解液的分解，防止高温环境下锂离子电池电解质在阴极表面的分解和电解液的氧化，从而明显改善锂离子电池的循环寿命和高低温性能。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种钴酸锂高电压锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

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。锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、能量密度高、循环寿命长等优点，目前，智能手机、平板电脑等数码产品对能量密度的要求越来越高，使得商用的锂离子电池难以满足要求，用高能量密度的材料做电池的正极，是提升锂离子电池能量密度最有效的途径。

一元锂离子电池正极材料中，钴酸锂是最先被商品化和大规模应用的正极材料，通过改进工艺，可以将钴酸锂电池的工作电压提高到4.4V以上。随着工作电压的提高，钴酸锂的比容量逐渐提高，但循环性能反而下降了。

另一方面，由于锂离子电池阴极采用的是高电势的阴极活性材料，阳极采用的是低电势的阳极活性材料，所以电解质的电位窗比活性材料的电位窗窄。电解液暴露在阴极和阳极电极表面，容易分解。同时，锂离子电池在电动汽车或者电力存储设备中使用时，容易暴露在高温环境中。此外，电池的温度也会由于瞬时充电和电流的变化而升高。因此，在高温环境下，电池的使用寿命会降低，可存储的能量也会减少。另外，锂离子电池的主盐LiPF₆在高温或痕量水的作用下容易分解产生HF，破坏SEI膜和腐蚀电极材料，释放过渡金属离子，进一步促进电解液的分解，形成恶性循环，造成锂离子电池性能的恶化。

目前，解决上述问题的主要方法是开发新的成膜添加剂，以提高锂离子电池的循环性能和高低温性能。

如CN101345325A公开了一种促进石墨负极成膜的锂离子电池电解液及其制备的锂离子电池。所述的锂离子电池电解液中含有特定结构式表示的添加剂，并且该添加剂在锂离子电解液中所占的重量比例为：0.02～65.6％。优选的添加剂为2-苯基-1-甲基-咪唑，2-亚乙烯基-1-乙基咪唑，2-氰基-1-甲基咪唑，2-乙烯基-1-苯基咪唑，1-甲基-2-三氟甲基-咪唑，2-磺酸基-1-乙基咪唑，1-甲基-2苯基-3-氟基咪唑，2-溴基-1-乙基咪唑，1-乙基-2-三氟甲基磺酸基-咪唑，1-甲基-2硝基咪唑，1-乙基-2-苯甲基-咪唑，1-乙基-2-苄基-咪唑，2-乙烯基咪唑，2-苯基咪唑，2-乙腈咪唑，2-三氟甲基咪唑，2-溴咪唑，2-乙基咪唑，2-氯咪唑，2-磺酸基咪唑，2-亚乙烯基咪唑。该发明能够有效促进石墨负极成膜，提高电解液的低温使用性能，提高充放电的循环效率。不足之处是所述添加剂负极成膜功能较差。

又如CN102867989A公开了一种改善电池高温性能的非水电解液离子液体添加剂。可以有效改善锂离子电池在高温条件下的安全性能，防止电池因过热、过充而导致燃烧或爆炸，提高电池在高温条件下的循环性能。所述的锂电池电解液离子液体添加剂是一系列一元、二元或三元取代的咪唑类离子液体，优选1-乙烯基-3-烯丙基咪唑、1-亚乙烯基-3-烯丙基咪唑、1-苯基-3-烯丙基咪唑、1-苄基-3-烯丙基咪唑、2-苯基-1-甲基咪唑、2-亚乙烯基-1-乙基咪唑、2-乙烯基-1-苯基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙烯基咪唑、2-烯丙基咪唑、2-亚乙烯基咪唑。该发明既有效保证了电池在高温状态下的安全性能，同时又对电池性能影响很小，可以很好满足广大消费者对电池高温安全性能的需求。不足之处是添加量较高时，该类添加剂在负极界面所形成的钝化膜阻抗非常大，会造成电池循环跳水或低温充电析锂等现象；含量较低时对电池的性能提高又不明显。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种钴酸锂高电压锂离子电池非水电解液及锂离子电池。本发明通过优化电解液配方，更好的提升了锂离子电池的循环性能和高低温性能。