[发明专利]一种电解液和锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种电解液以及使用该电解液的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池是目前最具有发展前途和应用前景的高能绿色二次电池。而非水电解液是锂离子电池中的关键组成部分，其包含质子惰性溶剂，电解质锂盐，添加剂，在锂离子二次电池中起到传输锂离子作用，是连接电池体系中正负极电极材料的桥梁。目前，市场对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求，但由于普通的锂离子电池电解液在>4.5V(vs.Li/Li⁺)电压下，其主溶剂发生强烈分解，产生大量气体，恶化锂离子二次电池的循环性能。因此，为了使采用上述高电压正极材料的锂离子二次电池正常工作，亟需开发相匹配的高电压锂离子电池电解液。

具体的，为了改善正负极材料循环性能及存储特性，中国专利200710198735.X及201010003990.6提出使用酯化合物，羧酸酐，砜化合物，二磺酸酐，环状磺酸酐，磷酸化合物等），但其均未涉及到一种环状磷酸酐在电解液及锂离子二次电池当中的应用，尤其是未将其作为高电压锂离子二次电池电解液添加剂，提高高电压正极材料（如LiNi_0.5Mn_1.5O₄）的高温循环性能及荷电保持能力。

发明内容

本发明目的在于提供一种含有环状磷酸酐的电解液，将该电解液用于锂离子二次电池中时，在大于4.4V(vs.Li/Li⁺)电压下环状磷酸酐发生聚合，在正极材料表面形成稳定的聚合物膜，从而使电池正极材料的高温容量保持率大幅度提升，同时能够显著降低其自放电，有效地降低锂离子二次电池高温存储及高温循环下的产气量，提升锂离子电池的循环性能。

本发明的另一目的在于提供使用上述电解液的锂离子二次电池。

本发明的电解液包括质子惰性有机溶剂、电解质锂盐、添加剂，所述添加剂为环状磷酸酐，其质量占电解液总质量的0.01～10%；

所述添加剂的结构如下所示：

（其中，R₁、R₂、R₃可以相同或不同，表示C_nH_2n+1(2<n<11)，C_nF_2n+1(2<n<11)，C_nH_n+1F_n(2<n<11)中的至少一种。）

所述环状磷酸酐可以列举下述式1-1至式1-12所示化合物：

优选所述环状磷酸酐的质量占电解液总质量的0.1～7%；进一步优选所述环状磷酸酐的质量占电解液总质量的0.2～2%。

所述环状磷酸酐的含量不足0.01质量%时，不能形成聚合物膜，因而不能实现本发明的效果，所述环状磷酸酐的含量超过10质量%时，会增大电池内阻及极化，恶化锂离子电池的电化学性能。

所述质子惰性有机溶剂优选选自碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、γ-丁内酯（γBL）、二甲氧基甲烷（DMM）、二甲氧基乙烷（DME）、二乙氧基乙烷（DEE）、四氢呋喃（THF）、2-甲基四氢呋喃（2-Me-THF）、甲酸乙酯（MA）、乙酸乙酯（EA）、丙酸乙酯（EP）、丁酸乙酯（EB）中的至少一种。

所述电解质锂盐优选选自四氟硼酸锂（LiBF₄）、六氟磷酸锂（LiPF₆）、双草酸硼酸锂（LiBOB）、双氟草酸硼酸锂（LiDFOB）、双（三氟甲基）黄酰亚胺锂（LiTFSI）、双氟黄酰亚胺锂（LiFSI）中的至少一种。

所述的电解质锂盐的质量占电解液总质量的8～17%。

所述电解质锂盐的含量不足8质量%时，则电解液电导率偏低，无法满足锂离子电池的正常工作，所述电解质锂盐的含量超过17质量%时，则会导致电解质锂盐无法完全溶解。

所述电解液可以使用现有技术中常用的方法制备，优选通过下述方法制备：