[发明专利]一种高电压锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种高电压锂离子电池电解液及锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，包括以下组分：锂盐、噻吩并丁二酸二氟硼酸锂类添加剂、其它功能添加剂、非质子类有机溶剂。本发明通过在电解液中添加噻吩并丁二酸二氟硼酸锂类化合物，能够在正负极表面形成具有良好离子通过率、高电压下稳定的、致密的界面钝化膜，其一方面覆盖正极的活性位点，防止正极与电解液反应产气，另一方面防止溶剂化锂离子的嵌入对石墨负极结构的破坏，具体体现于可以改善电池在高电压下高温存储胀气、循环性能，而且循环过程中阻抗增长率低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压锂离子电池电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其具有工作电压高、比能量大、循环寿命长及无记忆效应等特点而被人们广泛地使用，如目前锂离子电池已经普遍应用于3C消费类电子产品领域，并且随着新能源汽车的发展，在动力和储能领域锂离子电池也被广泛地使用。但随着人们对电动汽车需求的不断提升，电动汽车续航里程成为人们关注的一个重点。然而开发更高续航里程的汽车需要更高的电池能量密度，因此开发更高能量密度的电池体系迫在眉睫。提升电池的能量密度可以通过选择高容量、高压实正负极材料和提高电池的工作电压两种方式来实现。然而在高电压电池中，正极材料充电电压提高的同时，电解液的氧化分解现象会加剧，产生大量气体，使电池的内压增加，对电池的循环性能和安全性能产生非常负面的影响，制约了高电压锂离子电池的进一步发展。另外，高电压电池在使用过程中普遍存在正极金属离子溶出的现象，特别是电池在经过长时间的高温存储后，正极金属离子的溶出进一步加剧，导致电池的容量保持率偏低。

为了解决这些问题，需要设计、合成新型的耐高压电解液或寻找合适的电解液添加剂。然而从经济效益考虑，发展合适的电解液添加剂来稳定电极/电解液界面更加受到研究者们的青睐。商业中常见的氟代碳酸乙二酯(FEC)由于其具有较高的分解电压和抗氧化性，同时具有较好的成膜特性，目前普遍用于高电压锂离子电池电解液中以保证高电压电池的循环性能。但FEC作为高电压电池的电解液添加剂也存在较多问题，其高温特性较差，在高温下容易分解产生游离酸HF，容易导致电池在高温循环后厚度膨胀和内阻增长较大；同时由于其在高温下分解产生游离酸，会进一步加剧高电压下正极金属离子溶出，会进一步劣化高电压锂离子电池长时间高温存储性能。

含噻吩结构的化合物是高电压电解液添加剂的热门选择。例如发明专利CN108199076A公开了一种苯并噻吩或二苯并噻吩和丙烯基-1,3-磺酸内酯组成的二元高电压电解液添加剂，通过这两种化合物分别在正负极形成致密稳定的界面膜来减少碳酸酯类溶剂在电极表面的氧化分解，改善高电压下的室温循环性能，但是该二元添加剂并不能改善高温性能。又例如发明专利CN105609876A公开了一种噻吩卤代酯类添加剂，由于卤代有机酯基团的存在和新型取代噻吩的电化学聚合共同作用，能够分别在正极和石墨负极的表面形成高电压下稳定、致密的界面膜，防止溶剂化锂离子的嵌入对石墨负极结构的破坏，同时减小正极表面的活性位点对电解液分解的催化作用，抑制电解液的氧化分解，从而有效提高锂离子电池在高电压条件下的循环性能，但同样的问题是该添加剂仅仅对改善常温循环性能有效。基于此，开发性能更佳的高电压电解液添加剂很有必要。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高电压锂离子电池电解液及锂离子电池，所述电解液中的噻吩并丁二酸二氟硼酸锂类添加剂能够明显改善三元锂离子电池体系高电压下的高温存储胀气问题和高温循环寿命，降低电池极化阻抗。

本发明提出的一种高电压锂离子电池电解液，包括以下组分：锂盐、噻吩并丁二酸二氟硼酸锂类添加剂、其它功能添加剂、非质子类有机溶剂。

优选地，所述噻吩并丁二酸二氟硼酸锂类添加剂的结构式如式(Ⅰ)所示：

R选自氢原子、C1-C7烯基或炔基、C1-C7烷基或取代烷基、C1-C7烷氧基或取代烷氧基团；其中，取代烷基和取代烷氧基团中的取代基选自卤素、苯基、C1-C7烯基或炔基。