[发明专利]一种用于快充的锂离子电池非水电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种用于快充的锂离子电池非水电解液和锂离子电池，该锂离子电池非水电解液包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括：(a)如结构式1所示的硫代尿嘧啶类化合物，其中，X选自O或S；R₁、R₂选自第一主族元素；R₃、R₄选自卤素元素、烃基或卤代烃中的任意一种；和(b)腈类化合物。在本发明的锂离子电池非水电解液中，通过硫代尿嘧啶类化合物和腈类类化合物的有机结合使用，能明显的提升钴酸锂电池的快充循环性能和高温存储性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，涉及一种用于快充的锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池的能量密度大、平均输出电压高、自放电小、没有记忆效应、循环性能优越、可快速充放电、充电效率高，而且输出功率大、使用寿命长并且不含有毒有害物质，因而被称为绿色电池。锂离子电池被广泛应用于3C数码、储能、电动工具和电动车领域，如今快充数码电池已经成为了手机、笔记本电脑、无人机、相机等重要数码领域不可或缺的一部分。

但近年来，随着消费者对电子产品的充放电要求越来越高，锂离子电池充电时间过长以及快速放电容量低的问题一直困扰着锂离子电池市场。2017年工信部提出：手机需要达到充电至30分钟，期间进入的电流≥3A或者充入电量≥60％的快充性能；美国先进电池协会规定快速充电是指在15min内获得电池40％的充电状态(SOC)。这都对锂离子电池的快充能力提出了巨大的挑战。锂离子电池在正/负极活性物质内部的脱嵌和嵌入的速率，也就是锂离子从正/负极活性物质里面跑出来的速度，或者从正/负极表面进入活性物质内部找个位置安家的速度到底有多快，这是影响充放电倍率的一个重要因素。

腈类添加剂目前广泛适用于数码、储能等领域，其中-CN官能团可以和钴酸锂中的Co离子进行络合，从而减少Co离子的溶出对电池性能造成的影响，增强电池的循环寿命。但是腈类官能团在与Co离子络合后附着在正极材料表面，增大了正极界面阻抗，无异于增大了正极锂离子的溶剂化能，显然不能匹配当今数码电池快充体系的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于快充的锂离子电池非水电解液，包含环状硫代尿嘧啶类化合物与腈类化合物，此电解液能够使得锂离子电池具有较好地快充循环性能、高温存储性能。

本发明的另一目的在于提供一种用于快充的锂离子电池，该锂离子电池具有较好地快充循环性能、高温存储性能。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种用于快充的锂离子电池非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括：

(a)如结构式1所示的硫代尿嘧啶类化合物，

其中，X选自O或S；R₁、R₂选自第一主族元素；R₃、R₄选自卤素元素、烃基或卤代烃中的任意一种；和

(b)腈类化合物。

与现有技术相比，本发明的锂离子电池非水电解液中，其添加剂包括硫代尿嘧啶类化合物和腈类化合物，借助腈类化合物中-CN官能团和钴酸锂中的Co离子进行络合，从而减少Co离子的溶出对电池性能造成的影响，增强电池的循环寿命，且为避免腈类化合物带来的缺陷，本发明还引入硫代尿嘧啶类化合物，一方面，硫代尿嘧啶类化合物可以形成含S的有机或无机CEI、SEI组分，该类组分能极大的增加正负极上无机电解质界面膜的离子电导率，降低锂离子的溶剂化能和去溶剂化能，提升高电压LCO电池(钴酸锂电池)的快充性能；另一方面，该类化合物还能在正极形成含N的具有韧性的CEI膜，进一步防止高电压下LCO的正极颗粒破裂，有效提升高电压下LCO电池的快充循环性能、高温存储性能。

优选地，R₁、R₂选自H、Li、Na、K、Cs中的任一种。