[发明专利]一种含氟溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种含氟溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池。该电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包含氟代有机溶剂、链状碳酸酯类、环状碳酸酯类、羧酸酯类中的一种或多种，所述添加剂包含含腈基的吡啶类化合物。相较于未使用本发明电解液的传统锂离子电池，由于本发明电解液中添加了含腈基的吡啶类化合物，且配合使用具有较好浸润性的氟代有机溶剂，能够优化电极界面，减少了界面间的阻抗，改善低温性能；同时能够改善电极/电解液界面膜的性质，抑制过渡金属的溶出，减缓电池在高温高压下的胀气速度，提高锂离子电池在高温高压下的循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种含氟溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池由于其能量密度大、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保等优点被广泛应用于电动汽车、电动工具、航空航天等领域中，然而随着电子设备的不断更新和人们对电动工具的关注，人们对锂离子电池的能量密度、循环性能、高低温性能等提出了更高的要求。

目前，已经报道的高电压正极材料有LiCoPO₄、LiNiPO₄和LiNi_0.5Mn_1.5等，其充电电压平台接近或高于5V，但与之匹配的非水有机电解液的发展严重滞后于高电压正极材料，限制了锂离子二次电池的应用。常规的电解液易在电池正负极之间分解，产生气体，使电池的内压升高，内部升温而不稳定，特别是高温高压的情况下，电池的安全性和循环寿命被严重影响。例如，分解产生的H₂O使LiPF₆/碳酸酯电解质体系发生自催化反应，中间产物HF会导致正极材料中金属离子Mn、Ni的溶出，使得正、负极材料恶化，降低电池容量及循环寿命。而电解液作为电池正、负极之间起传导作用的离子导体，是锂离子电池的重要组成部分，号称锂离子电池的“血液”，通过对新型添加剂和溶剂的探讨来改善电解液的性能，已经成为锂离子电池研究的热点。

发明内容

本发明的发明人发现氟具有很强的电负性和弱极性，氟代溶剂具有低熔点、高闪点和高氧化分解电压等优点，通过对碳酸酯或羧酸酯类溶剂进行氟化，电解液整体的氧化分解电压被提高了。同时，氟代溶剂具有较好的浸润性，能够优化电极界面，减少界面间的阻抗，改善电池的低温性能，因此，氟代有机溶剂作为锂离子电池电解液溶剂具有很大的发展前景。

吡啶本身表现为弱碱性，能够与酸中和，而腈基能够与金属离子络合，抑制金属离子的溶出，专利WO2015088052通过引入腈基来提升添加剂对金属离子的络合能力，然而过多的腈基在提升正极保护能力的同时，会增大正极阻抗，使得电池循环性能降低，循环和低温效果变差。基于本发明前述对氟代溶剂的研究，本发明的发明人利用氟代溶剂与含腈基吡啶类化合物相配合，配制了本发明的高电压锂离子电池电解液，该电池电解液能够在改善电极/电解液界面膜性质，保证低温性能的同时，减缓电池在高温高压下储存时的胀气速度，提高锂离子电池在高电压下的循环寿命，以及高温循环性能和高温存储性能。

为了达到本发明的目的，本发明提供了一种含氟溶剂和吡啶类添加剂的高电压电解液，该电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，所述有机溶剂包含氟代有机溶剂、链状碳酸酯类有机溶剂、环状碳酸酯类有机溶剂、羧酸酯类有机溶剂中的一种或多种，添加剂中包含吡啶类化合物。

进一步的，所述氟代有机溶剂如式(I)或式(II)所示：