[发明专利]一种锂离子电池用非水电解液及其相应的锂离子电池

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

便携式电子产品如照相机、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。随着科技的发展及市场需求，对便携式电子产品的体积、重量、功能及使用寿命提出了更高的要求。因此，开发与便携式电子产品相配套的电源产品，尤其是开发高能量密度、长寿命及高安全性的二次电池是行业发展的迫切需求。

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，广泛应用于便携式电子产品中。

锂离子电池主要由正、负极、电解液及隔膜组成。正极主要是含锂的过渡金属氧化物，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，锂离子电池使用溶有锂盐的有机溶剂混合液作为电解液。优选的有机溶剂应该具有高的离子电导率，高的介电常数及低的粘度。然而，单一的有机溶剂很难同时满足这些要求，所以，一般将高介电常数的有机溶剂与低粘度的有机溶剂混合液作为锂离子电池电解液的溶剂。例如：锂离子电池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）的混合物作为溶剂，六氟磷酸锂作为溶质的电解液。

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，然后嵌入到碳材料中。在该过程中，电解液与碳阳极表面发生反应，产生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，电极重复的膨胀和收缩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，并显著降低电池的循环寿命。尤其是电池在高温条件下储存及在高温条件下进行充放电循环，SEI膜更容易被破坏，从而导致电池鼓胀及循环性能明显下降。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SEI膜的质量对锂离子电池的高温储存性能及循环性能至关重要，因此通过调控来改善SEI膜的质量对实现高性能锂离子电池是十分必要的。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，以期改善锂离子电池的性能。科研工作者经过努力开发了一系列成膜添加剂如碳酸亚乙烯酯（VC）、乙烯基碳酸乙烯酯（VEC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）等，它们能在石墨负极表面形成更稳定的SEI，从而显著提高了锂离子电池的循环性能。日本松下电器产业株式会社在中国申请号00801010.2的专利公开了一种含(R^1a)P=(O)(OR^2a)(OR^3a)（其中，R_1a，R_2a，R_3a表示独立的碳原子数为7-12的脂肪族烃基）化合物的电解液，其有效地控制了随着充放电循环的进行而出现的放电容量下降和高温保存时电池特性下降的现象。韩国三星SDI株式会社在中国申请号200410001479.7专利中公开了一种含有(R₁O)P=(OR₂)(CH=C(R₃)(R₄))化合物的电解液，其有效地防止电池鼓胀及提高了电池的可靠性。

然而上述专利中的电池在高温储存性能及循环性能上仍不够理想，在较高的温度下仍会出现电解液的分解而导致气胀，从而带来严重的安全隐患，因此有必要开发新的添加剂来进一步提高锂离子电池的高温储存性能。

发明内容

本发明提供一种能够抑制电池高温储存鼓胀及改善循环性能的的非水电解液。本发明也提供一种使用该非水电解液的锂离子电池。

本发明提供了一种锂离子电池用非水电解液，包括：

锂盐；

有机溶剂；以及

不饱和磷酸酯化合物，该磷酸酯化合物如结构式1所示：