[发明专利]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。

锂离子电池主要由正、负极、电解液及隔膜组成。正极主要是锂的金属氧化物，负极主要是炭材料。由于锂离子电池的平均放电电压约为3.6-3.7V，需要在0-4.2V的充电/放电电压内稳定的电解液组分。为此，锂离子电池所用电解液必须是非水电解液，例如通常使用包含环状碳酸酯溶剂(如碳酸亚乙酯)和线性碳酸酯溶剂(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯)的混合物作为电解液。

锂离子电池在首次充电过程中，锂离子从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碳电极迁移，然后潜入到碳材料中。在该过程中，电解液与碳阳极表面发生反应，生产Li₂CO₃，Li₂O，LiOH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液界面(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膜在首次充放电过程中形成后，能够进一步阻止电解液溶剂分子的分解，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，电极重复的膨胀和收缩，在这种情况下，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，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。

由于电极表面膜影响到锂离子电池的首次充放电效率、循环寿命和安全性，因此控制电极表面膜的形成对于实现高性能锂离子电池的是必要的。通过往电解液中添加某些添加剂可以实现对电极表面膜的调控，由于这些添加剂分子能够优先于电解液溶剂分子在阳极表面被还原形成钝化膜，该钝化膜既能阻止电解液溶剂分子进一步在阳极表面继续分解及溶剂分子的共嵌入，同时在随后的循环中能够稳定存在。在首次充电过程中，FEC能够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。

然而，FEC虽然能够提高电池的循环性能，但却降低了电池的高温性能，电池在高温储存或高温循环时，电池产生气胀，严重影响了电池的安全性能。尤其当阴极材料为含镍的复合氧化物时，高温性能更差。这是因为含镍复合氧化物阴极材料在充电后期表面活性更高，且随镍含量越大，其表面活性也更高，溶剂分子在其表面发生分解反应，从而使电池产生鼓胀。

因此锂离子电池领域技术人员积极寻找合适的添加剂用于改善锂电池的性能，例如公开号为：CN 101978548A，名称为“用于锂二次电池的非水电解质溶液和包含其的锂二次电池”的中国专利申请中公开了在电解液中添加如含氟磺酸酯化合物的技术方案，以达到抑制电池内部产生气体现象的发生，进而达到改善电池性能的目的。

但是，单纯添加磺酸酯类化合物，还不能达到令人满意的技术效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池具有优良的循环寿命特性和高温储存性能。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池，其包括：

包含阴极活性物质的阴极；

包含阳极活性物质的阳极；

置于阴极与阳极之间的隔板；

以及电解液，其含有：锂盐、有机溶剂、卤代环状碳酸酯、环状二磺酸酯化合物；

所述环状二磺酸酯化合物化学结构如结构式I所示：

其中，A是选自1-5个碳原子的直链或带有支链的亚烷基、直链或带有支链的卤代亚烷基；B是选自亚磺酰基、羰基或以下基团之一：含有1-5个碳原子的亚烷基、卤代亚烷基；

所述卤代环状碳酸酯化学结构如结构式II所示：