[发明专利]一种非水性二次锂电池用电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种非水性二次锂电池用电解液。

背景技术

随着电子产品在人们日常生活的普及，锂离子电池以其环保，能量密度高，重量轻，安全等优势在民用电源上得到广泛应用。同时用户对电池能量密度及其使用时间及使用环境温度也提出了越来越高的要求。

目前，非水性二次锂电池用电解液，通常采用含有环状碳酸酯和一种线性碳酸酯的有机溶剂，环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)，线性碳酸酯包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)或当中的任几种组成的溶剂体系，以六氟磷酸锂为电解质。为了改善电解液的相关电化学性能，往往加入系列的添加剂。如在电解液添加剂中单独加入腈类(NC-R-CN)添加剂，可以提高电池的高温存储性能，但是会影响电池的容量；如在电解液添加剂中单独加入碳酸亚乙烯酯(VC)添加剂，提高了电池的高温循环性能，但低温循环性能差；如在电解液添加剂中单独加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂，可以延长电池的循环寿命，但电池高温存储时会发生胀气现象；如在电解液添加剂中单独加入1，3-丙烷磺内酯(PS)添加剂，可以提高电池的高温循环性能，但低温性能变差；如美国专利US 7078132，在其电解液中添加添加剂FB和VC，以提高其高温循环性能，但存在低温析锂的风险。

在提高能量密度电池开发中，正极一般使用钴酸锂(LiCoO₂)，负极一般使用高石墨化石墨材料，但高石墨化石墨材料对电解液的匹配难以同时达到高温存储性能、低温性能以及循环性能的较佳效果，通常存在高温存储胀气及循环寿命等问题，为解决上述问题，对电解液提出了一些解决方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种高温性能及循环性能优良的二次锂离子电池用电解液。

为了实现上述发明目的，提供下面所述的解决方案。

一种非水性二次锂电池用电解液，采用含有至少一种环状碳酸酯和一种线性碳酸酯的有机溶剂，所述的环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)，线性碳酸酯包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)或当中的任几种组成的溶剂体系，以六氟磷酸锂为电解质，同时添加腈类(NC-R-CN)，其中R为烷基，C在2～6之间，碳酸亚乙烯酯(VC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1，3-丙烷磺内酯(PS)添加剂，所述的添加剂腈类(NC-R-CN)的含量在0.5wt％～5.0wt％，VC的含量在0.5wt％～2.0wt％，FEC的含量在1.0wt％～10.0wt％，PS的含量在1.0wt％～5.0wt％，上述的含量均为占电解液的重量百分比。

相对于现有技术而言：

通过同时加入四种添加剂：腈类(NC-R-CN)，其中R为烷基，C在2～6之间，碳酸亚乙烯酯(VC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1，3-丙烷磺内酯(PS)添加剂，并调整其在电解液中的含量，其中NC-R-CN的含量在0.5～5.0wt％之间，VC的含量在0.5～2.0wt％，FEC的含量在1.0～10.0wt％，PS的含量在1.0～5.0wt％。其中FEC的加入可以提高电解液对极片的浸润性，并能在电池的首次充电参与SEI膜的形成，使电池的循环性能得到进一步的提高。但对电池的高温性能会有较大影响，导致电池的高温存储性能变差。因此加入的腈类添加剂保护正极材料，其-CN键在充放电过程中，能通过与过渡金属离子形成络合物而使正极表面的结构更稳定，从而在高温高压下可进一步阻止电解液对正极的氧化反应。同时加入PS的效果更好，PS的作用可在FEC之前发挥功效，在正负极表面形成致密的保护膜，但其使用量不宜过高(1.0～5.0wt％最合适)，否则会对电池的低温性能造成较大影响。VC的作用在正负极表面形成保护膜，但其使用量不宜过高(0.5～2.0wt％最合适)，否则会影响电池的低温性能。本发明中通过选取并调整FEC，VC，PS和腈类添加剂的合适含量来改善电池的高温及循环性能。

作为本发明的一种改进，所述的有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)，其中EC含量在10wt％～50wt％，DEC含量在20wt％～60wt％，EMC含量在5wt％～35wt％。