[发明专利]锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池。 

背景技术

锂离子电池主要有正极材料、负极材料、电解液、隔膜四部分组成。其中，电解液是在电池正、负极之间起传导作用的离子导体，一般由电解质锂盐和有机溶剂两部分组成，电解液的性能在很大程度上影响锂离子电池的性能。影响电解液优劣性质的因素主要有两个方面：有机电解液的组成及电解液中杂质的含量。其中，电解液中所含的HF杂质对电解液自身的稳定性和电池性能都有着巨大的影响。 

HF杂质对电解液自身的稳定性的影响主要表现在两个方面：催化锂盐如LiPF₆的水解，从而加速电解液的变质；催化有机溶剂的聚合，从而导致电解液黏度增加，电导率降低。 

HF杂质对电池性能的影响主要表现在三个方面： 

首先，HF杂质会在电池首次充放电过程中，在碳负极上与电池中的锂离子发生如下电化学还原反应： 

              HF+e^-+Li⁺→LiF↓+1/2H₂

上述反应不仅会消耗电池中有限的锂离子，增加电池内压，而且生成的LiF导电能力较差，碳负极表面SEI膜组分中LiF含量增多，会导致电极/有机电解液界面阻抗增大，从而增加电池内阻。 

其次，HF杂质会与电极表面上的SEI膜发生反应，生成水或醇等。Aurbach等认为在EC基的有机电解液中，HF与SEI膜组分主要发生如下反应： 

           Li₂CO₃+2HF→2LiF+H₂O+CO₂

上述反应中生成的LiF同样会导致电极/有机电解液界面阻抗的增大，此外，反应中生成的水和乙二醇又会和LiPF₆反应生成HF，该过程不断循环，导致电 池比容量、循环效率等不断减小，直至整个电池被破坏。 

最后，HF杂质会和正极活性材料如LiMn₂O₄发生反应，引起部分锰的溶解，这是引起LiMn2O₄容量衰减的主要原因之一，反应原理如下： 

          LiMn₂O₄+H⁺→Li⁺+λ-MnO₂+Mn²⁺+2H₂O 

针对上述HF杂质对电池性能的影响，现有技术中采用锌、铝、镁、钙的氧化物中的一种或一种以上的混合物或铝或镁作为添加剂加入到电解液中，它们将与电解液中微量的HF发生反应，降低HF的含量，阻止其对电极的破坏和对LiPF₆分解的催化作用，提高电解液的稳定性，改善电池性能。但是上述方法去除HF杂质的速度较慢，因此很难做到阻止HF杂质对电池性能的破坏；并且用金属氧化物处理电解液容易引入金属杂质。这些金属杂质的引入不利于电池的充放电，从而影响电池的容量。 

此外，现有技术中还可采用六甲基二氮硅烷(化学式为(CH₃)₃SiNHSi(CH₃)₃)作为添加剂加入至电解液中，其作用机理为： 

    (CH₃)₃SiNHSi(CH₃)₃+H₂O→(CH₃)₃SiOSi(CH₃)₃+NH₃

                    NH₃+HF→NH₄F 

六甲基二氮硅烷与水反应生成的NH₃，NH₃继而可以与HF杂质反应生成NH₄F，降低了电解液中HF杂质的含量，从而提高锂离子电池的性能。然而，该方法中，六甲基二硅氮烷本身不稳定，在空气中易分解，不易保存；并且生成的NH₄F不稳定，在高温条件下容易分解，影响锂离子电池的高温性能。 

发明内容

本发明的实施例提供一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池，能够有效控制电解液的酸度，进而提高锂离子电池的循环寿命和高温存储性能。