[发明专利]一种电池用电解液及使用该电解液的电池

说明书

本发明公开了一种电池用电解液及使用该电解液的电池，该电池用电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；其中，有机溶剂包含链状碳酸酯类、环状碳酸酯类、羧酸酯类、氟代酯类物质中的一种或多种，添加剂包含三甲基碳酸硅酯类物质，同时本发明还公开一种含氟代酯类物质和三甲基碳酸硅酯类物质的电解液的电池；本发明中的氟代酯类物质浸润性很好，具有阻燃的特性，且能在负极形成低阻抗的SEI膜，而三甲基碳酸硅酯类物质的加入能在正极表面生成一层致密的氧化膜，提高电极的电荷传递能力，二者的协同作用，改善电池的高温高压循环性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种电池用解液及使用该电解液的电池，尤其涉及一种含氟代酯类物质和三甲基碳酸硅酯类物质的电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

自2019年4月21日特斯拉自燃以来，新能源电动汽车自燃事故频繁发生。随着三元锂电芯和方壳电池装机比例的增加，事故原因有一个共同特点，从电池类型来看，大多数事故车辆都配备了三元锂离子电池。

三元动力锂电池的标准工作电压为3.6～3.8V，能量密度为140～160wh/kg，能量密度高，低温性能好是三元动力锂电池的最大优点。不同比例的NCM材料具有不同的优点，其中Ni表现出高容量和低安全性；Co具有较高的成本和稳定性；Mn安全性高，成本低。为了提高电池的能量密度和车辆的行驶里程，目前的主流观点是向高镍方向发展。但是，Ni含量的增加会恶化循环性能和热稳定性，反应产物中Ni²⁺的比例很大，导致材料呈氧化性，缓慢氧化电解液，过程中释放气体。主要表现为循环充放电容量损失和高温环境容量加速下降。

锂离子电池的安全性能已成为人们关注的焦点。安全性是目前制约锂离子电池在高能大功率领域应用的关键因素，对电池制造商提出了更高的安全要求

中国专利CN201911325715.3公开了一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，按在锂离子电池电解液的质量百分含量，所述添加剂组成为：氟代酯类化合物5-15％，氰基环状不饱和烃类化合物0.5-3.0％，其它添加剂5-20％。其公开电解液中的氟代酯类化合物有助于负极形成稳定的SEI膜，而氰基环状不饱和烃类物质能够改善钴酸锂电池抗过充和循环性能力，氟代酯类化合物和氰基环状不饱和烃类化合物的协同作用能大大优化钴酸锂电池的高压循环性能，增加钴酸锂电池寿命及提高热稳定性。然而在三元锂电池中，该氟代酯类化合物与氰基环状不饱和烃类物质的搭配使用并不能产生如在钴酸锂电池中同样的效果，氰基环状不饱和烃类物质在温度较高时会发生聚合反应，生成物会增大电池内阻，是电池产热加剧，从而恶性循环。因此不能改善三元锂电池的电池性能。

发明内容

本发明提一种电池用电解液及使用该电解液的电池，该电解液具有很好的浸润性和阻燃特性，有效改善电池的高温高压循环性能和安全性能。

本发明提供一种电池用电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包含氟代酯类化合物，所述添加剂包含三甲基碳酸硅酯类化合物。

本申请体系中，三甲基碳酸硅酯类物质除了引入三甲基硅烷基，体现含有三甲基硅烷类物质的优点之外，还参与到正极成膜的过程，其中的碳酸酯结构能够形成正极网状CEI中连接的一环，生成一层富含导锂离子性能好的硅酸盐和电化学稳定的无机碳酸锂的CEI膜，该CEI膜薄而均匀，能够很好的降低充放电过程的极化电压，隔离电解液和正极的接触，与氟代酯类化合物二者协同作用，改善三元锂离子电池的高温高压循环性能和安全性能。而现有技术的添加剂如三(三甲基硅烷)硼酸酯形成的SEI膜具有孔多渗透性好内阻低的优点，同时也带来了负极保护性差的缺陷，导致负极在后期会进一步与电解液反应，导致活性锂的损失和阻抗的升高。因此，初始阶段降低内阻效果好，但循环寿命不好。

所述氟代酯类化合物如式(I)或式(II)所示：