[发明专利]一种改善电池高温性能的电解液及锂离子电池

说明书

本发明涉及一种改善电池高温性能的电解液及锂离子电池，所述电解液包括2％‑20％的锂盐、0.1％‑10％的第一添加剂、0.1％‑10％其他添加剂、以及70％‑90％的非水有机溶剂。所述锂离子电池包括正极、负极、隔膜和所述电解液。采用本发明的电解液制作锂离子电池可以提升锂离子电池的高温循环稳定性；并且不影响锂离子电池常温性能的发挥；还可以降低锂离子电池高温下的内阻。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是一种改善电池高温性能的电解液及锂离子电池。

背景技术

随着经济的发展和科技的进步，人们的生活方式也发生了翻天覆地的变化，随之而来的环境问题也愈发严重。目前，国家大力发展清洁能源，以此来取代传统的化石能源。因此，锂离子电池的发展也取得了历史性的成就。锂离子电池是一种可重复使用的化学电源，由正极、负极、隔膜、电解液等组成，与传统电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高、使用方便、清洁无污染等显著特点，因此被广泛应用于电动汽车、消费电子、储能、军工、航空航天、医疗等领域。随着锂离子电池应用范围的拓展，人们对锂离子电池的性能提出了更高的要求，特变是在一些高温、极寒、太空、深海等极端环境下的使用。

锂离子电池在高温环境下，正极材料中的过渡金属元素溶出，会催化电解液发生副反应，并在负极端沉积，增大电池的阻抗，使电池性能迅速劣化，同时电池会释放大量热量，导致电池热失控，引发起火、爆炸等一系列安全问题。

目前，解决锂离子电池高温安全问题的方法主要分为三种。第一，在电池设计时增加防爆阀和使用PTC(正温度系数)元器件，以此来降低电池温度过高时发生起火、爆炸的风险。这种方法虽然能在一定程度上降低电池热失控的概率，但不能从根本上杜绝热失控的发生，而且会加大电池设计难度、增加电池组件的成本，还会降低电池的能量密度。第二，对电极材料进行改性。对正极材料进行体相掺杂，提高正极材料的结构稳定性，阻碍正极过渡金属元素的溶出，降低电池副反应的发生；还可以对正极材料进行包覆处理，从根本上隔绝正极材料和电解液的直接接触，避免电池内部副反应的发生。这种方法虽然能很大程度降低电池热失控的发生，但是会增大材料的制备难度和增加电极材料的制造成本。第三，可以优化电解液体系，使用高闪点的有机溶剂，降低高温下电池内部的压力，提升电池爆炸、燃烧的风险；还可以使用一些高温、阻燃等电解液添加剂，提升电池高温下的循环稳定性和安全性能。对电解液进行优化虽能一定程度解决电池高温及安全性问题，但会增加电池的生产成本，而且常规添加剂是在高温时在电极表面聚合，从而阻断电池的充放电，聚合过程是不可逆过程，电池经历高温后虽不会出现安全问题，但是也不能够再次使用。

综上所述，开发一款提升电池高温性能的电解液显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种改善电池高温性能的电解液及锂离子电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改善电池高温性能的电解液，包括2％-20％的锂盐以及0.1％-10％的第一添加剂；

所述第一添加剂的结构通式为：

式中R为直链烷基-C_n或烷基磺酰亚胺锂基-N(Li)SO₂-M；

n为1-6的整数，M为氟或三氟甲基。

作为本发明的电解液进一步的优化方案，所述直链亚烷基-C_n-上的一个或多个氢原子为以下取代基所取代：氟、三氟甲基、三氟甲氧基、氰基、氟磺酰基、氟磺酸基、三氟甲磺酰基、三氟甲磺酸基、氟(磺酰亚胺锂基)磺酰基、氟(磺酰亚胺锂基)磺酸基、三氟甲基(磺酰亚胺锂基)磺酰基、三氟甲基(磺酰亚胺锂基)磺酸基、磺酸锂基、苯基、氟代苯基、三甲基硅基、三氟甲基硅基、氟代环三磷腈基、异氰酸酯基。