[发明专利]锂离子二次电池及其电解液以及酰胺类化合物的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池与锂离子电池电解液，尤其涉及一种锰酸锂电池及其电解液，并涉及酰胺类化合物在其中的应用。

背景技术

目前普遍使用的二次电池有四种：铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池和锂离子电池。锂离子电池因为其具有工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、自放电小、循环寿命长、环境友好等优点，而被称为性能最优越的二次电池，号称“终极电池”。锂离子电池的市场需求一直保持相当高的增长速度，同时其在电动车上的应用也成为现实。目前锂离子动力电池已经在电动自行车中得到大力的推广使用，随着锂离子动力电池技术水平的不断提高，锂离子动力电池在汽车等大型动力运载工具的应用也会越来越广泛。

锰酸锂具有三维隧道结构和较好的脱嵌锂性质，同时其资源丰富、价格低廉、安全性好、环境友好，因此，被广泛地用作锂离子电池正极材料。但是，锰酸锂电池存在严重的容量衰减问题，尤其是在高温条件下。其容量衰减原因主要有：锰的溶解、Jahn-Teller效应和电解液分解等，其中电解液对锰酸锂的腐蚀是导致容量衰减和循环性能恶化的直接原因。

在含有锂盐的电解液中，锰酸锂会发生以下两种的溶解：

第一，酸的作用直接溶解。存在的痕量水会导致锂盐分解产生氢离子，氢离子与锰酸锂发生如下反应：

LiMn₂O₄+4H⁺→Li⁺+λ-MnO₂+Mn²⁺+2H₂O。

第二，固体颗粒表面三价锰离子的歧化溶解，发生以下的反应：

2Mn³⁺(solid)→Mn⁴⁺(solid)+Mn²⁺(solution)。

生成的Mn²⁺溶解在电解液中，锰的溶解不仅使LiMn₂O₄活性物质的绝对量减少，还会引发LiMn₂O₄晶格结构的转变，使LiMn₂O₄丧失或部分丧失电化学活性，降低其稳定性能，影响电池的循环寿命。

另外，在高温时，由于高温的催化，会导致固体颗粒表面三价锰离子的歧化溶解更加剧烈，从而造成LiMn₂O₄在循环过程中容量衰减更加严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能控制电解液的酸度，抑制Mn²⁺的溶出，从而提高锰酸锂电池的循环寿命和高温储存性能的锂离子电池用非水电解液，以及基于该电解液的锂离子电池，并提供了一种酰胺类化合物在锂离子电池中的应用。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池用非水电解液，所述电解液中含有：

溶剂；

锂盐；

如结构式1所示的酰胺类化合物，

结构式1

其中R₁选自碳原子数为4～20的烃基，R₂，R₃分别独立地选自甲基或者乙基。

在某些实施例中，所述R₁可以选自链烃基，例如直链的烷基、带不饱和键的烃基、具有支链的烷基或具有支链且带不饱和键的烃基等；也可以选自带有环烷基的烃基或带有芳香环的烃基等。

作为优选方案，上述技术方案中，所述结构式1所示的酰胺类化合物为下列结构式中的一种或多种：

N，N-二甲基丁酰胺，N，N-二乙基丁酰胺，N，N-二甲基戊酰胺，N，N-二乙基戊酰胺，N，N-二甲基己酰胺，N，N-二乙基己酰胺，N，N-二甲基庚酰胺，N，N-二乙基庚酰胺，N，N-二甲基辛酰胺，N，N-二乙基辛酰胺，N，N-甲乙基辛酰胺，N，N-二甲基壬酰胺，N，N-二乙基壬酰胺，N，N-甲乙基壬酰胺，N，N-二甲基癸酰胺，N，N-二乙基癸酰胺，N，N-甲乙基癸酰胺，N，N-二甲基月桂酰胺，N，N-二乙基月桂酰胺，N，N-甲乙基月桂酰胺。

进一步而言，上述技术方案中，所述非水电解液中的溶剂优选自如下的至少一种或几种：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁内酯(GBL)、环丁砜、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、丙酸甲酯(MP)及丙酸乙酯(EP)。