[发明专利]一种锂离子电池非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池，其中，锂离子电池非水电解液包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括具有式Ⅰ结构式的化合物，其中，R1为C或N，R2为氢或碱金属元素，R3和R4为碱金属元素。此添加剂能于4.4V的高电压体系下优化正极/电解液界面，在正极表面形成稳定的CEI膜有效阻止过渡金属溶出，并且该添加剂还和F‑络合，能有效除去HF，吸收产生自正极材料的氧自由基，提升正极材料的稳定性，从而提升循环中充放电的可逆性。同时，取代的碱金属元素可避免含氮杂环氮上连接的活泼氢与电解液中的锂离子大量反应而消耗锂离子。故，采用此添加剂有助于提升锂离子电池的首次库伦效率、循环以及高温性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高比能量、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于3C数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域，电子信息技术及消费产品的快速发展对锂离子电池高电压以及高能量密度能提出了更高的要求。在锂离子电池中，高电压三元正极材料(NCM或者NCA)由于能量密度高、环境友好、循环寿命长等优点，被广泛的应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备以及电动车、大型储能装置中，但是由于市场对电池的能量密度要求越来越高，使得商用三元正极材料锂离子电池难以满足使用要求。

目前，研究表明提升三元电极材料能量密度的有效途径之一是提高电池的工作电压，这是电池发展的趋势，也是新能源汽车发展的必然要求。然而三元动力电池工作电压提高后，电池的充放电循环等性能却下降。原因可能是：一方面是正极材料在高电压下不够稳定，另一方面是电解液的与材料的匹配性不佳，普通的电解液在高电压的条件下会氧化分解，从而导致电池高温储存性能差、高温循环性能差、低温放电性能差及安全性差，且电解液的消耗导致低容和首次库伦效率过低。因此，研发适合高电压三元材料体系的锂离子电池电解液迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池，此电解液可提高电池的首次库伦效率、循环和高温性能，尤其适用于高电压体系下的锂离子电池。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括具有式Ⅰ结构式的化合物，

其中，R1为C或N，R2为氢或碱金属元素，R3和R4为碱金属元素。具体的，碱金属元素为Li、Na、K、Rb、Cs。

相对现有技术，本发明的锂离子电池的非水电解液中含有式Ⅰ结构式的化合物作为添加剂，此添加剂为具有特殊结构的含氮杂环碱金属盐类化合物，其能于充电电压为4.4V的高电压体系下优化正极/电解液界面，在正极表面形成稳定的CEI膜有效阻止过渡金属溶出，从而提高电池的高温性能，并且该添加剂还和F-络合，能有效除去HF，吸收产生自正极材料的氧自由基，提升正极材料的稳定性，从而提升循环中充放电的可逆性。同时此添加剂中将含氮杂环氮上连接的氢全部替换成碱金属元素，可避免含氮杂环氮上连接的活泼氢与电解液中的锂离子大量反应，从而消耗大量锂离子导致低容和首次库伦效率过低的问题，并且由于引入了过量的碱金属离子，在不消耗电解液中的锂离子的情况下，反而对电解液中的锂离子进行了补充。