[发明专利]一种改善锂电池极片界面的锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种改善锂电池极片界面的锂离子电池电 解液。

背景技术

锂离子电池由于工作电压高、能量密度高、循环寿命长、对环境友好等特点，广泛应 用于3C数码产品、电动汽车、军事航天等领域。随着人们生活水平的提高，对锂离子电 池的工作环境、能量密度、快速充放电提出了更高的要求。

锂离子电池在低温环境下其放电能力衰减较快，并且低温环境充电负极界面容易析 锂，从而造成对电池不可逆的损坏，情况严重时更可能由于电池析锂产生安全隐患。而提 升电池能量密度的一种方式是提高电池极片的压实密度，但压实密度的提高意味着材料的 传质导电速度降低，阻抗增大，导致电池在使用过程中极片容易存在析锂、黑斑等现象。 另一方面，锂电池快速充电的过程中由于正极在单位时间里脱出更多的锂离子进入负极， 在大电流的驱动下往往由于负极传质阻抗的原因使得锂离子无法完全嵌入负极内部，从而 停留在极片外部造成析锂、堵塞锂离子传输通道，久而久之电池变厚、变形，极易造成安 全风险。

因此，电池在反复使用过程中负极极片界面的好坏对电池的特殊功能、使用寿命、安 全性方面有较大影响，亟需开发出可改善负极极片界面的电解液以满足电池对低温充放 电、快速充放电、高压实密度体系下的综合电性能的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种改善锂电池极片界面的锂离子电池 电解液，该电解液通过对极片界面的改善，能够同时满足电池对低温充放电、快速充放电、 高压实密度体系下的综合电性能要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种改善锂电池极片界面的锂离子电池电解液，由非水性有机溶剂、锂盐及添加 剂组成，所述非水性有机溶剂包括羧酸酯、卤代碳酸酯、芳香烃及其卤代芳烃中的至少一 种，所述卤代碳酸酯和所述卤代芳烃中的卤素取代物为F、Cl、Br中的至少一种；该类型 溶剂具有较好浸润性，较低黏度和较宽液程的优点；

所述添加剂包括锂盐添加剂、氟代碳酸酯、氟代醚、磷腈及其衍生物中的至少一种， 该类型添加剂具有常温和低温阻抗均较低的优点。

以上非水性有机溶剂和添加剂均具有较高的蒸汽压(温度25℃、蒸汽压>2Kpa，温度 45℃、蒸汽压>8Kpa，80℃时、蒸汽压>25Kpa)，该类具有较高蒸汽压的化合物均不会明 显参与到负极SEI膜的形成，从而降低因该类型化合物的加入形成SEI膜而增加锂离子在 SEI膜中的阻抗，从而提供良好的动力学环境和平衡电池各方面性能。

优选的，所述非水性有机溶剂占锂离子电池电解液总质量的70-88％。

优选的，所述添加剂占锂离子电池电解液总质量的0.1-15％。

优选的，所述羧酸酯包括丁酸丙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、 丙酸丁酯、丙酸异丙酯、丁酸乙酯中的至少一种。这是因为羧酸酯中乙酸乙酯、乙酸甲酯、 甲酸乙酯等含有甲基的羧酸酯往往与石墨的兼容性较差，虽能一定程度改善界面，但电池 的循环性能、高温性能往往受到负面影响，即便采用特殊成膜添加剂对其性能的改善也难 以满足电池的长寿命循环性能，更无法满足电池快充性能的要求。

优选的，所述芳烃包括苯、甲苯、二甲苯中的至少一种；所述卤代芳烃中的卤素取代 是单取代或非对称多取代。

更优选的，所述卤代芳烃包括单氟苯、1,3,5-三氟苯、二氟苯、三氟甲苯、2-氟甲苯、 2,4-二氯三氟甲苯中的至少一种。本发明所选用的芳烃及其卤代芳烃，由于引入大的共轭 体系更加利于电子的传输，从而提高电池的动力学性能。卤代芳烃中更为优选的是以单取 代、非对称多取代的卤代芳烃效果最佳。这是因为，单取代或非对称多取代的卤代芳烃产 生一定极化，与电解液相容性增强，而分子内对称取代的卤代芳烃往往熔点较高，不利于 提供较好的电化学环境。

申请人还通过对上述电解液的系统研究发现，在使用本发明添加剂体系前提下，非水 性有机溶剂中选择羧酸酯、卤代芳烃中的氟苯化合物替代现有技术中常规的碳酸酯溶剂， 对电池极片的改善具有较好的作用。一方面，羧酸酯和氟苯化合物具有较宽的液程、不参 与负极SEI膜的形成，另一方面羧酸酯和氟苯化合物本身的介电常数相对一般的碳酸酯溶 剂更高且黏度更低，对电池的动力学性能更优异。