[发明专利]电解液及锂电池

说明书

本发明公开了一种电解液及锂电池，其中，所述电解液包括：锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括如下结构式所示的有机化合物：其中，R₁、R₂、R₃各自独立地选自碳原子数为1～3的烷烃基团。本发明至少能够解决如何在抑制锂电池负极锂枝晶生长的同时，提升锂电池正极工作电压的问题，进而可以解决如何同时优化锂电池正极和负极性能的问题，从而可以提高锂电池在高压工作条件下的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电化学领域。更具体地说，本发明涉及电解液及锂电池。

背景技术

锂离子电池因为其具有无记忆效应、绿色环保、循环寿命长等优点备受青睐。然而近年来，由于通讯、消费电子设备以及电动汽车的快速发展，传统锂离子电池的能量密度已经难以满足市场的需求。为了提升电池的能量密度，需要同时改进正、负电极的性能。然而，目前的正极与负极总是或多或少地存在诸多的缺陷，在锂电池领域，还很难同时兼顾到正、负电极的电化学性能。

具体来说，常用的金属锂负极虽然具有超高的理论容量(3860mAh g^-1)和极低的电化学电位(-3.04V vs标准氢电极)，但是由于过高的反应活性而带来副反应，以及锂沉积过程中枝晶的生长，因此导致由其组装而成的金属锂电池(LMBs)面临着库伦效率低、安全性差、循环寿命短等问题。

类似地，具有高理论比容量(275mAh g^-1)的钴酸锂(LiCoO₂)正极，也同样存在无法忽视的缺陷。其在4.35V的截止电压以下，只有不超过170mAh g^-1的容量可以被利用，一旦在超过4.4V的高压环境下运行，就会导致钴离子流失、不可逆相变增加、正极材料颗粒碎裂等问题的发生，使得由钴酸锂材料制作的锂电池容量迅速衰减。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

综上，本发明还有一个目的是提供一种电解液和锂电池；至少能够解决如何在抑制锂电池负极锂枝晶生长的同时，提升锂电池正极工作电压的问题，进而可以解决如何同时优化锂电池正极和负极性能的问题，从而可以提高锂电池在高压工作条件下的电化学性能。

具体地，本发明通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面

第一方面提供了一种电解液，包括：锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括如下结构式所示的有机化合物：

其中，R₁、R₂、R₃各自独立地选自碳原子数为1～3的烷烃基团。

本申请中提供的电解液在加入了所述添加剂后，可以有助于形成机械强度更高的CEI膜(CEI的英文全称为solid electrolyte interphase)，包裹在钴酸锂正极颗粒表面，阻止正极颗粒的碎裂；此外，这种CEI膜可以阻断正极材料表面晶体结构中的钴离子与电解液接触，阻止钴离子溶解于电解液中，从而降低不可逆相变的发生；所以说，本申请提供的电解液可以优化锂电池中钴酸锂正极的CEI，减缓钴酸锂颗粒的破碎，提升钴酸锂正极材料工作电压，将截止电压提升至4.7V以上，进而提升锂金属电池能量密度。

同时，前述有机化合物在电解液中被还原后形成的SEI膜中含有Li₃N，这种物质是一种快离子导体，可以提升SEI膜的锂离子扩散速率，减少锂的非均匀沉积，抑制锂枝晶生长，优化负极SEI。