[发明专利]非水电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种非水电解液及锂离子电池。其非水电解液包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂，添加剂包括化合物A。化合物A的结构式如结构式Ⅰ、结构式Ⅱ或结构式Ⅲ所示。本发明的非水电解液中化合物A含有相连的环状砜亚胺和环状酰亚胺结构，可于界面形成稳定的界面膜。其一，该膜具有良好的锂离子传输通道，不致于在循环过程中产生通道坍塌，故循环及低温性能得以改善。其二，通过形成稳定的界面膜可优化正极/电解液界面，降低正极的表面活性，抑制了电解液的氧化分解，从而改善电池高低温及循环性能，尤其使用于提高高电压(4.4V)高镍三元锂离子电池的高低温以及循环性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种非水电解液及锂离子电池。

背景技术

随着纯电动汽车、混合动力汽车及便携式储能设备等对二次电池容量要求的不断提高，人们期待研发具有更高能量密度、功率密度的二次电池来实现储能及长久续航。

除了现有材料和电池的制作工艺改进之外，高电压(4.35～5V)三元正极材料是比较热门的研究方向之一，其通过提升正极活性材料的充电深度来实现电池的高能量密度。其中，高镍三元正极材料(镍含量不低于0.6)由于具有较高的容量，是比较常用的正极材料。但是高镍三元材料在高电压、高温下，容易发生H2-H3的不可逆相变，导致氧气的析出，故电解液和电极界面不稳定，电池面临高温存储差、循环产气严重的问题。同时，常规的碳酸酯类电解液，在4.4V的高电压下会于电池正极材料表面氧化分解，特别在高温条件下，会加速其电解液的氧化分解，而致正极材料发生恶化反应。

因此，必须开发一种能耐4.4V高电压的电解液，进而实现锂离子电池电性能的优良发挥。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种非水电解液及锂离子电池，该非水电解液中添加剂含有的化合物A可降低正极材料的表面活性从而抑制电解液的氧化分解，以提高高电压(4.4V)锂离子电池(尤其是高镍三元材料体系)的高温存储和循环性能。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种非水电解液，包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂，添加剂包括化合物A。化合物A的结构式如结构式Ⅰ、结构式Ⅱ或结构式Ⅲ所示。

其中，R₁～R₃各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C1～C10的烃基、取代或未取代的膦酸酯基，R₄～R₅各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C6的烷基。

本发明的非水电解液中化合物A含有相连的环状砜亚胺和环状酰亚胺结构，可于界面形成稳定的界面膜。其一，该膜具有良好的锂离子传输通道，不致于在循环过程中产生通道坍塌，故循环及低温性能得以改善。其二，通过形成稳定的界面膜可优化正极/电解液界面，降低正极的表面活性，抑制了电解液的氧化分解，从而改善电池高低温及循环性能，尤其使用于提高高电压(4.4V)高镍三元锂离子电池的高低温以及循环性能。

作为本发明的一技术方案，R₁～R₃各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C5的烷基、取代或未取代的C3～C6的环烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的膦酸酯基，R₄～R₅各自独立地选自氢、取代或未取代的C1～C3的烷基。优选的，R₁～R₃中至少一个为膦酸酯基，引入膦酸酯基可以提高SEI膜的稳定性，P、O等元素丰富了电极/电解液界面膜组分，进一步改善了界面膜的结构稳定性，从而提高锂离子电池的高温存储性能。

其中，膦酸酯基的基团上P连接3个O，其结构式如下，R₆、R₇可为氢或取代或未取代的C1～C10的烃基。

作为本发明的一技术方案，化合物A为化合物Ⅰ至化合物Ⅵ中的至少一个。