[发明专利]一种兼顾高低温性能的高电压倍率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制备技术领域，具体涉及一种兼顾高低温性能的高电压倍率电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是新一代最具竞争力的电池，具有工作电压高、比容量大、循环寿命长、无记忆效应及环境友好等优点，被广泛应用于数码、储能、动力和军用航天航空等领域。近年来，在高能电池领域中锂离子电池已取得了巨大成功，但消费者仍然能有满足高低温、高电压倍率型综合性能全面的电池面世，而这取决于对新电解质体系和添加剂的研究和开发。

锂离子电池高、低温性能主要受以下几种因素的影响：(1)、在高温高电压中，正极金属离子的溶出加剧了对电解液的催化分解，分解气体产物直接导致电池厚度膨胀，固体产物在正负极界面沉积，增大电池内阻，降低容量的保持率；(2)、电解液中的LiPF₆高温极易分解，产生HF和PF₅。其中HF会腐蚀正极，导致金属离子的溶出，从而破坏正极材料结构，导致容量流失；(3)、在高电压下，电解液容易在正极被氧化，导致正极活性物质的金属离子容易被还原而溶出到电解液中，从而破坏正极材料结构，导致容量损失(4)电池在首次充电时形成的SEI膜在高温条件下发生分解，溶出到电解液的金属离子，容易穿过SEI到达负极获得电子而被还原成金属单质，从而破坏了SEI的结构导致电池性能急剧下降，负极阻抗不断增大，电池自放电加剧，不可逆容量增大，性能循环恶化；(5)、锂离子电池电解液溶剂组合、溶剂凝固点、溶剂低温粘度、会直接决定到锂离子电池离子在低温条件下的性能；(6)、锂离子电池电解液添加剂分解形成的界面膜阻抗值对电池低温性能发挥和新型锂盐电导率或者低温锂离子的迁移能力都会影响较大。

目前在常规高电压锂离子电池要求高温存储性能85℃/4h，同时满足一般低温放电及常温循环。但是随着终端要求不断严格，需要达到高温储存85℃/18h,低温0℃不析锂，-20℃放电性能达到25℃的85％以上；同时需要具备倍率性能(500周循环≥90％)。这就是需要一款达到宽温域、高电压的倍率型电解液及使用这种电解液的电池来满足。

发明内容

针对以上背景技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种兼顾高低温性能的高电压倍率电解液及使用该电解液的锂离子电池。

本发明所述“兼顾高低温性能的高电压倍率电解液”指：采用该电解液制成的电池具有良好的循环寿命、低温放电特性和高温存储性能。4.35V常温3C循环500周容量保持率在90.1％以上；-20℃在0.2C低温放电容量与初始容量之比在89.5％以上；高温存储18h@85℃的热态膨胀率在7.8％以下，容量剩余率在85.1％以上。

本发明中，测试低温性能时的“初始容量”测试方法参见实施例1测试部分之4)。测试高温存储18h@85℃的热态膨胀率和容量剩余率的方法参见实施例1测试部分之2)。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种电解液，尤其是一种兼顾高低温性能的高电压倍率电解液，所述电解液包括非水有机溶剂，溶于所述非水有机溶剂的锂盐，以及添加剂；

其中，所述非水有机溶剂含有碳酸丙烯脂(PC)和羧酸酯，所述添加剂包括柠康酸酐、二氟磷酸锂LiPO₂F₂、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯DTD和1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷DENE。

本发明的电解液是一种非水电解质溶液。通过优选和调节电解液溶剂组成，使包含PC和羧酸酯的非水有机溶剂体系与含上述特定物质的添加剂相互作用，产生协同效应，用于锂离子电池，能使电池在高电压倍率下仍保持优良的循环寿命、低温放电特性和高温存储特性。

本发明的非水有机溶剂中含有碳酸丙烯酯和羧酸酯混合溶解的电解液体系，液程宽，可以同时兼顾高低温性能，其中羧酸酯(尤其是线状羧酸酯)可改善电极/电解液界面，抑制了电解液的分解，减少了电池的产气量，从而进一步改善锂离子电池的高温存储性能。

本发明的电解液中，添加剂中的柠康酸酐和二氟磷酸锂组合作用可以达到兼顾优良的高温性能和增强倍率循环性能的作用，上述两种物质(柠康酸酐和二氟磷酸锂)发挥核心作用，为了实现本发明兼顾高低温性能的高电压倍率电解液，其余的氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯和1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷也都是必不可少的组分。

本发明中涉及到的开放式的“含有”和“包括”均可替换为封闭式的“由……组成”。