[发明专利]一种锂离子电池非水电解液及其制成的电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机组合物，特别是一种锂离子电池非水电解液及其制成的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池是新一代最具竞争力的电池，被称为“绿色环保能源”，是解决当代环境污染问题和能源问题的首选技术。近年来，在高能电池领域中锂离子电池已取得了巨大成功，但消费者仍然期望综合性能更高的电池面世，而这取决于对新的电极材料和电解质体系的研究和开发。锂离子电池电解质体系作为锂离子电池重要组成部分，是锂离子电池必需的关键材料，其性能优劣对锂离子电池的发展是极大地制约。目前锂离子电池的电解液是由易燃的有机溶剂和锂盐组成，当锂离子二次电池在过度充放电，短路和大电流长时间工作的情况下，放出大量的热，这些热量致使电池体系内部温度过高，成为易燃电解液的安全隐患，可能造成灾难性热击穿，甚至电池爆破[郑洪河.锂离子电池电解质[M].北京：化学工业出版社，2006，134.]。因此，安全性问题已经成为锂离子电池市场创新的重要前提，特别是在电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的动力锂离子电池领域的应用对电池的安全性提出了更高，更新的要求。

目前业界开发阻燃型电解液主要有两条技术路线。一方面尝试采用高沸点，高闪点的有机溶剂取代低沸点，低闪点的线性碳酸酯类溶剂，以此提高电解液的安全性能，取得了一定的进展。Kejha J B在专利US2006204857(A1)中公开了一种适用于锂离子电池的高性能和更安全的电解质体系，此体系采用以LiBF₄为锂盐，以10～30％的高闪点、高沸点的γBL(或PC或BC)加70～90％的EC为有机溶剂，所得电解液难点燃，且电化学性能可以与采用了线性碳酸酯类溶剂的常规电解液相媲美。韩国三星SDI株式会社专利CN1577944公开了一种用于锂离子电池的电解液，其中包含高沸点、高闪点的γ-丁内酯，环状碳酸酯和具有吸电子基团的酯类化合物，此电解液体系具有良好的安全性和良好的储存特性。日本夏普株式会社的专利CN1922753，提供了一种大型化且安全性能良好的锂离子二次电池，在此电池体系中，电解液采用γ-丁内酯作为有机溶剂，大大提升了电池的安全性能。

另一方面通过添加磷系阻燃剂，卤系阻燃剂，复合阻燃剂和其它新型阻燃剂到常规电解液中，可以使易燃的有机电解液变成难燃或不可燃的电解液，降低电池放热值和电池自热率，增加电解液自身的热稳定性，从而避免电池在过热条件下的燃烧或爆炸。为了不降低作为电解液的性能，并提高其阻燃性，日本大金株式会社在中国申请的专利CN101490893A，CN101584075A提出了添加含氟醚的方案。但其有机溶剂仅限于碳酸酯，且含有低闪点的线性碳酸酯，线性碳酸酯的存在降低了其闪燃点；在专利CN101584075A中提及到了添加一种氟碳表面活性剂以提高其安全性。

其中第一条路线选用高闪点，高沸点的γBL做为溶剂，虽然能提高安全性能，但在以石墨为负极的电池中使用时，γBL在石墨负极成膜不稳定，随着循环的进行，容量衰减快。

发明内容

本为了解决上述电解液存在的相关技术问题。提供一种锂离子电池非水电解液，该电解液可以使锂离子电池在具有高安全性的同时获得优良的电化学性能，包括优良的循环性能和高温储存性能。

该种锂离子电池非水电解液以高闪点，高沸点的有机溶剂取代低闪点的线性碳酸酯或羧酸酯，再加卤系阻燃剂(线性氟醚)或者进一步添加氟碳表面活性剂的思路。依此想法而得到的一种有利于提高锂离子电池循环性能和改善高温储存性能的电解液，此电解液更适用于中低倍率下的容量型电池。

具体的，该种锂离子电池非水电解液包含：环状羧酸酯和/或环状碳酸酯、环状亚硫酸酯、电解质盐以及结构式如下式(I)所示的氟醚，

R_f1-O-R_f2                I

其中：R_f1是碳原子数为3～4的含氟烷基，R_f2是碳原子数为2～5的含氟烷基。

优选地，所述环状羧酸酯至少包括γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、卤代γ-丁内酯、硝基γ-丁内酯、氰基γ-丁内酯或α-乙酰基-γ-丁内酯中的一种。

优选地，所述环状亚硫酸酯至少包括亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、一卤代亚硫酸乙烯酯、一卤代亚硫酸丙烯酯、多卤代亚硫酸乙烯酯或多卤代亚硫酸丙烯酯中的一种。

优选地，所述的氟醚在电解液中的质量百分比为10～50％。

优选地，所述电解液还包含结构式下式(II)的氟碳表面活性剂，