[发明专利]一种锂离子电池及其电解液

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有良好浸润性的锂离子电池电解液及包含该电解液的具有良好循环性能和高温存储性能的锂离子电池。

背景技术

目前液态锂离子电池电解液常采用环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂作为非水有机溶剂，环状碳酸酯和链状碳酸酯均为质子惰性溶剂，其黏度偏高，表面张力偏大，使得电解液与隔膜材料（一般为聚乙烯或聚丙烯）的亲和作用小，隔膜材料很难被电解液润湿，导致电解液对隔膜的浸润性较差，使得隔膜与电解液的接触电阻偏大。此外，电解液对电极材料（即正极材料和负极材料）的浸润性也差，使得电极材料与电解液的接触电阻偏大，从而影响正负极材料的利用率，不利于电池容量的发挥。

有不少专利申请，如公开号为CN1210833、CN102544582、EP2421081和CN101465212的专利申请，报道了通过加入非离子表面活性剂如烷基酚聚氧乙烯醚、长链脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、氟化烷基聚氧乙烯醚和硅烷化合物等作为润湿性添加剂来改善电解液的润湿性的技术方案。此外，申请人为三星SDI 株式会社的公开号为CN100442592的专利申请还公开了一种包含三烷基磷酸酯（非离子表面活性剂）和碳酸二烷基酯类（非离子表面活性剂）的锂离子电池电解液，使用该电解液的锂离子电池具有优异的循环特性和高温稳定性。以上各种非离子表面活性剂在电解液中的润湿作用主要是通过结构中的憎水的烷基和亲水的羟基、醚键或酯基，分别与电解液中的溶剂和隔膜材料（聚乙烯、聚丙烯等）之间形成各种不同的分子间氢键而桥连起来。然而由于亲水基是由羟基、醚键或酯基构成的，要使分子有足够的亲水性，从而使其具有良好的润湿效果，就必须增加羟基、醚键或酯基的数量，这样会使添加剂分子量增加，电解液粘度增加。由于润湿是一个动态过程，同样条件下，分子量越小，润湿越快，因此，随着以上非离子表面活性剂的分子量的增加，其润湿效果就会变差。而且这些非离子表面活性剂的极性基部分都是普通的碳氢化合物结构，或者是碳氟键、碳硅键和硅氧键，且往往有相当的长度，化学稳定性要差一些。

在筛选含有多个碳氧键（包括碳氧单键和碳氧双键）的化合物时，单纯的醚类、醛、酮或是醇类化合物可能都具有浸润性，但以上所列物质中，醚类容易在电芯中发生副反应断链，影响电芯的循环等性能，醛、醇及普通酮类容易被氧化，因此均不适合用作电解液添加剂。

公开号为CN101048912和CN101702446的专利申请报道了呋喃酮类化合物作为电解液添加剂用于提高电芯的高温存储性能的技术方案，其指出呋喃类化合物能够抑制电解液的分解，参与正负极SEI膜的形成，而且不会影响粘合剂材料的性能，也不会与电极材料或放电产物发生反应而导致使用过程中产气。但是，由于其分子中与羰基相连的碳原子上有氢原子（α氢），容易被氧化还原，使得其化学和电化学稳定性不太好。

此外，由于锂属于碱金属，所以具有亲氧元素的特点，有不少文献报道使用冠醚化合物用于提高锂离子的解离度和锂离子迁移数，以提高电池的容量，但是冠醚化合物一方面价格昂贵，另一方面其电化学稳定性差，最终严重伤害电芯电化学性能。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种对锂离子电池中的隔膜和正负极材料均具有良好浸润性的锂离子电池电解液，其通过将对负极活性物质表面的SEI成膜过程有明显的促进作用的糠偶酰及其衍生物加入锂离子电池电解液中，显著提高了使用该电解液的锂离子电池的循环性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括SEI成膜添加剂和具有如下结构通式的糠偶酰及其衍生物：

其中，R₁和R₂为氢、氟、氯和溴中的任意一种，R₃和 R₄为氢原子、碳原子数为1~6的烷基、碳原子数为1~6的烷氧基和苯基中的任意一种，所述SEI成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸乙烯亚乙酯中的至少一种。