[发明专利]锂离子电池非水电解液与锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及锂离子二次电池领域。

背景技术

近年来，便携式电子产品，例如照相机，数码摄像机，移动电话，笔记本电脑等在人们的日常生活中得到广泛的应用，并且有强烈要求朝减小尺寸，重量更轻，更长寿命的趋势发展。因此，要求开发与便携式电子产品相配套的移动电源，尤其是能够提供高能量密度的轻量化二次电池。与铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池相比，锂离子电池因其能量密度大、工作电压高、寿命长、绿色环保等特点，广泛应用于上述便携式电池产品中。

锂离子电池的核心部件包括正极、负极、电解液和隔膜。正极主要是锂的过渡金属氧化物，负极主要是碳材料。锂离子电池在满充电状态下，以Li/Li⁺为参比电极，正极的电位通常高于4.2V，而负极的电位通常接近0V。因此所用的电解液必须是非水电解液，且电化学稳定窗口足够宽，不在正负极上发生显著的分解反应。经过多年的研究开发，以环状碳酸酯(如碳酸乙烯酯(EC))和链状碳酸酯(如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC))的混合物为溶剂，以六氟磷酸锂(LiPF6)为溶质的电解液由于电导率高，且能够在正负极表面形成稳定的钝化膜阻止溶剂的分解而在商品化锂离子电池中得到了应用并一直处于主导地位。

锂离子电池在首次充电过程中，锂离子从作为阴极活性物质的锂金属氧化物中脱嵌出来，在电压的驱动下向阳极迁移，然后潜入到作为阳极活性物质的碳材料中。在该过程中，电解液与碳阳极表面发生反应，生产烷基碳酸锂等物质，从而在碳阳极表面形成一层钝化膜，该钝化膜称之为固体电解质界面(SEI)膜。由于不管是充电还是放电，锂离子必须通过这层SEI膜，所以SEI膜的性能决定了电池的许多性能(如循环性能，高温性能，倍率性能)。

SEI膜在首次充电形成后，能够阻止电解液溶剂的进一步分解，并在随后的充放电循环中形成离子通道。然而，随着充放电的进行，碳材料会发生反复的膨胀和收缩，导致SEI膜可能发生破裂或逐渐溶解，随之暴露的阳极继续与电解液发生反应形成新的SEI膜，同时产生气体，从而增加电池的内压并大大降低电池的循环寿命特性。根据电解液使用的碳酸酯的种类和阳极活性物质的类型，产生的气体主要包括CO，CO₂，CH₄，C₂H₆等。

为了解决这个问题，人们尝试在电解液中添加少量的添加剂来改善SEI膜，以期望来改善锂离子电池的性能。

卤代碳酸酯能够在首次充电过程中优先于溶剂在负极表面发生还原反应，抑制溶剂的进一步分解，同时提高了SEI膜的稳定性，从而改善了电池的循环性能。

例如公开号为：CN 1532986A，名称为“非水电解液和使用它的锂二次电池”的中国专利申请中公开了一种在高沸点电解液中添加如(结构式III)所示卤代环状碳酸酯，以达到提高锂二次电池的放电，低温，及循环寿命特性。

(结构式III)

但是，单纯添加卤代环状碳酸酯虽然能够提高电池的循环性能，但在高温储存时，由于卤代环状碳酸酯容易在作为正极活性物质的金属氧化物表面发生分解，导致电池气胀，严重影响了电池的使用和安全性能。因此，需要寻找其他添加剂与卤代环状碳酸酯组合，抑制其在正极活性物质表面的分解反应。

本专利发明人经过创造性的研究，提出了采用香豆素类化合物，在化成过程中在正极活性物质表面形成一层极薄的钝化膜，来抑制卤代环状碳酸酯分解的方案，取得了良好的效果。

香豆素类化合物用作锂离子电池电解液的添加剂已有文献报道，如：日本特开号2000-156243中记载，使用香豆素作过充添加剂，提高电池过充性能；日本特开号2007-12507中记载，使用香豆素作添加剂，可提高电池电压，提高充放电效率而改善电池性能。但是这些文献都没有提到采用香豆素类化合物在正极活性物质表面形成钝化膜来抑制卤代碳酸酯在正极的分解，本领域的技术人员不能从这些文献直接得到启发完成本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良的循环寿命性能和高温存储性能的锂离子电池，以及该锂离子电池用非水电解液。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池非水电解液，所述锂离子电池非水电解液含有：锂盐、有机溶剂以及添加剂，

所述添加剂包括如结构式I所示香豆素及其衍生物：

(结构式I)