[发明专利]高压电解液、高电压非水电解液及其锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压电解液、高电压非水电解液以及其组成的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长等优点，不仅在手机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用，而且也被认为是电动车、大型储能装置的最佳选择之一。但目前智能手机，平板电脑等电子数码产品对电池的能量密度要求越来越高，使得商用锂离子电池难以满足要求。采用高容量正极材料或高电压正极材料是提升锂离子电池能量密度的最有效途径。

目前高电压正极材料的研究主要聚焦于LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiCoPO₄、LiNiPO₄等材料，其放电平台分别为4.7V、4.8V和5.1V，充电截止电压均高于4.5V。高容量正极材料以富锂层状固溶体材料为研究热点，其释放高容量的前提为要将材料充电到4.5V以上。目前商用电解液的工作电压为4.3V以下，如在4.5V以上电压下应用会被氧化，此弊端导致性能恶化，严重限制了高能锂离子电池的发展。由此可见，开发高电压电解液技术势在必行。目前研究者聚焦于采用高电压添加剂或高电压溶剂两途径，提升电解液工作电压。

现有技术一：采用抗氧化电位高的砜类、腈类、离子液体类物质作为电解液的溶剂，可显著提升电解液的工作电压达5V以上。

然而，该现有技术存在以下不足：砜类、腈类、离子液体类溶剂作为锂离子电池电解液溶剂，均具有应用弊端。他们的电导率小于商用电解液碳酸酯类溶剂，损害电池大电流充放电能力；他们的粘度大于商用电解液的粘度，不仅降低锂离子的传递速率，而且会降低对电极及隔膜的润湿性能。以上的不足，损害了锂离子电池的电化学性能，限制了应用。

现有技术二：在商用电解液中添加高电压添加剂。在起初的数次循环过程中，添加剂发生反应，参与正极表面保护层的形成，阻隔材料和电解液的直接接触，进而抑制电解液被氧化的副反应，提升锂电池高压应用性能。该方案的优点在于加入添加剂的高电压电解液与其母体的物化性质几乎相同。文献（Electrochemical Communications 18(2012)123-126）报道了一种高电压添加剂，该添加剂显著提升4.3V电解液在高电压应用条件下的性能。该技术的难点在于寻找适合的添加剂分子。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种高电压添加剂及其组成的非水高电压电解液，其可保持锂离子传递动力学性能和电极界面/隔膜润湿性能，且加入高电压添加剂的非水电解液可在4.5V以上电压下应用。

一种高压电解液，所述高压电解液中含有质量百分比为0.1%～10%的高电压添加剂，所述高压添加剂的结构为下列结构中的一种或两种：

其中R1、R2、R3为卤素、氢、羟基、氧的金属化物、烷基、氧烷基、卤取代烷基或氧烷基中的一种或多种。

一种高电压非水电解液，包括溶质、溶剂和高电压添加剂，所述高电压添加剂结构为下列结构中的一种或两种：

其中，R1、R2、R3为卤素、氢、羟基、氧的金属化物、烷基、氧烷基、卤取代烷基或氧烷基中的一种或多种。

优选地，所述高电压添加剂在该高电压非水电解液中的质量百分比为0.1%～10%；更佳质量百分比为0.5%～5%。

优选地，所述卤取代烷基或氧烷基为CF₃、C₂F₅、CH₂CF₃、CHC₂F₆、C(CF₃)₃、C(CH₃)(CF₃)₂、C(CH₃)₂CF₃、CHCHCF₃、OCF₃、OC₂F₅、OCH₂CF₃、OCHC₂F₆、OC(CF₃)₃、OC(CH₃)(CF₃)₂、或OC(CH₃)₂CF₃。