[发明专利]一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高电压高压实锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

自从1991年被索尼公司成功商用化以来，锂离子电池很快就被应用于手机、笔记本电脑、照相机、平板电脑等电子产品市场，并以其比能量高、电压高、工作温度范围宽、使用寿命长、无记忆效应、自放电率小等优势逐步占据主导地位。此外，其还作为供电模块应用于无人机、电动自行车、电动平衡车、电动汽车等领域。但随着相应使用领域的不断发展，目前供电模块的能量密度已无法匹配相应的耗电模块，因此如何提升锂离子电池的能量密度显得日益重要。现有技术中提升锂离子电池能量密度的方式，大致分为两种，一是提高充电电压以增加正极活性材料的克容量；二是加大负极浆料的压实密度以获得更小的体积。

其中，电解液作为锂离子电池四大主要成分之一，对锂离子传输起着关键的作用。但电池充电电压的升高、阳极压实密度的提升，除对相应材料的特殊预处理之外，对电解液也提出了更为严苛的要求，不仅要求所使用的电解液理论上应有更宽的电化学窗口，以适应充电电压升高后正极材料在高电位下的氧化作用，还要与高压实的正负极片、隔膜保持良好的浸润，以保证锂离子无阻碍的穿越嵌插。目前国内锂离子电池多数采用LiPF₆-EC/EMC/DEC作为主要的电解液体系，辅以少量碳酸亚乙酯、亚硫酸丙烯酯等添加剂。该电解液在低电压下虽具有优良的循环性能及高温储存性能，但在高电压高压实密度的锂离子电池体系中，其循环及高温储存等各方面性能都显得不够理想，浸润性能也比较差。因此急需对现有的电解液作进一步的优化，使其能够匹配高电压高压实密度的锂离子电池体系。

发明内容

针对目前电解液在高电压高压实密度的锂离子电池中，其循环及高温储存等性能不够理想，浸润性能也比较差等缺陷，本发明的目的之一在于：提供一种高电压下电池的循环、及高温储存性能优异，同时使高压实正负极片能够被充分浸润的锂离子电池电解液。

本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，提供一种在4.4V及以上高电位高压实密度条件下使用时具有较好的高温储存和循环性能的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采用以下解决方案：

一种锂离子电池电解液，包括锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、腈类化合物和具有式Ⅰ所示结构的化合物；

其中，式Ⅰ中的R₁、R₂、R₃分别独立地选自氢、卤素、羟基、氨基、磺酸基、硝基、羧基、醛基、碳原子数为1～3的烷基或烷氧基；R₄选自氢、氨基或碳原子数为1～3的烷基；n选自0～2之间的任意整数。

本发明通过氟代碳酸乙烯酯、腈类化合物以及具有式Ⅰ所示结构的化合物的协同作用，使得使用该电解液的电池在高电压高压实下不仅浸润效果优良、发挥容量高，而且具备优异的循环及高温储存性能。其中，氟代碳酸乙烯酯在负极表面形成SEI膜，将溶剂与负极活性材料有效隔离，保证循环寿命，同时氟代碳酸乙烯酯在高压实电池体系中，能够提升电池的浸润性能；腈类化合物，与正极的过渡金属发生络合作用，抑制电池在高温储存条件下过渡金属的溶出，提高高温性能，而且形成的络合膜能够抑制溶剂与正极活性材料直接接触而被氧化分解，提升循环性能；具有式Ⅰ所示结构的2-噻吩羧酸酯类化合物，一方面其含有的不饱和碳碳双键与正极活性材料中的过渡金属发生络合作用以保护溶剂不被氧化分解，另一方面，含有的酯基能降低电解液的整体黏度，提升电解液对极片的浸润性能，使得其与高压实极片完全契合。

优选的，所述氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分含量为1％～8％；所述腈类化合物在电解液中的质量百分含量为0.05％～5％；所述具有式Ⅰ所示结构的化合物在电解液中的质量百分含量为0.01％～8％。

优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；所述锂盐在电解液中的质量百分含量为10％～20％。