[发明专利]高电压非水系电解液及高电压非水系电解液二次电池

说明书

本发明提供一种高电压非水系电解液及高电压非水系电解液二次电池。所述高电压非水系电解液包括锂盐、溶解所述锂盐的非水溶剂和添加剂，所述添加剂选自通式（Ⅰ）所示的化合物中的至少一种，式中：R1为F、C1～C8碳氢烷基、C1～C8氟代烷基或C1～C8氟代烷氧基；R2为C1～C8氟代烷基或C1～C8氟代烷氧基。本发明的高电压非水系电解液二次电池通过首次充电到一个更高的电压如5.1V,即可在其正极表面形成保护层，从而提升高电压非水系电解液二次电池的使用性能。本发明所述的二次电池的充电截止电压达4.7～4.9V，其工作电压平台高、能量密度高，循环容量衰减少，充放电库伦效率高，耐高温性能优异，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及一种非水系电解液及非水系电解液二次电池，特别是涉及一种高电压非水系电解液及高电压非水系电解液二次电池。

背景技术

二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。锂离子电池是一种通过锂离子在正极和负极之间往返嵌入和脱嵌进行工作的二次电池，其通常以碳素材料为负极，以含锂的化合物为正极，由于具有比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染等优势，目前已经被广泛用作移动电话、便携式计算机、摄像机等民生电源以及汽车等车载电源。

在锂离子电池的发展过程中，正极材料是制约其大规模推广应用的核心瓶颈。目前广泛使用的正极材料包括钴酸锂（LiCoO₂）、磷酸铁锂（LiFePO₄）、尖晶石型锰酸锂（LiMn₂O₄）等，其中LiCoO₂成本高，并且在充电电压超过4.2V时会发生相变及失氧，存在一定的安全隐患；LiFePO₄虽具有来源丰富、无毒等优点，但其放电平台较低（3.4V），难以获得高的能量密度；而LiMn₂O₄会由于电解液中所存在的HF而导致锰的溶解以及在充放电过程中的结构变化，造成其在常温下，尤其是高温下（50℃以上）容量衰减很快。

针对不同正极材料的自身性质及其存在的缺陷，国内外研究者进行了大量的相关研究，以期改善锂离子电池的正极性能，其中采用金属材料包覆正极材料是一种较为有效的解决方式。包覆在正极材料表面的阻隔层可用于将正极材料和电解液隔离，从而能有效阻止两者之间的不良相互作用，其还可用于改善正极材料的导电率，从而提高正极材料的热稳定性、高温性能、循环稳定性和放电倍率特性等。然而，包覆法仅能保护正极材料，并不能同时保护导电添加剂等添加材料，作为导电添加剂的碳黑在高电压下易于被氧化，工作温度较高时尤其明显。

提升锂离子电池工作电压是高能量锂离子电池技术发展的方向，目前已有报道的包括尖晶石型镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）、磷酸钴锂（LiCoPO₄）、磷酸镍锂（LiNiPO₄）等，这些材料用于锂离子电池能够提高电池的输出电压和能量密度，有利于进一步拓宽锂离子电池在大功率电气设备上的使用范围，从而受到业内研究者的广泛关注。然而，由于基于LiPF₆的碳酸酯溶液的传统电解液在4.5V以上会发生电化学氧化分解，从而导致这些材料的实际应用受到阻碍。

目前国内外广泛研究的高电压电解液溶剂包括氟代溶剂、腈类溶剂以及砜类溶剂等，然而有相关研究表明：锂盐LiPF₆在可极化性低的氟代溶剂中的溶解性较差，而腈类和砜类溶剂与锂离子电池的石墨等低电位负极相容性较差。因此，用于高电压电解液的功能性添加剂的开发和使用将是改善高电压电极与电解液的相容性、提高电池电化学性能最为经济和有效的方法。

发明内容