[发明专利]锂离子二次电池及其电解液

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二次电池及其电解液。

背景技术

锂离子二次电池具有工作电压高、寿命长和充电速度快等优点，并逐渐向电动自行车、电动汽车等领域拓展。随着锂离子二次电池市场化的不断深入，人们对锂离子二次电池的期望越来越高。目前商品化的锂离子二次电池已经很难满足实际应用的需要。

研究表明石墨材料表面存在一些不规则结构，对电解液的不可逆分解起催化作用，导致了石墨材料的电化学性能退化，严重影响锂离子二次电池的性能。高比表面积的石墨具有更多的化学反应活性点，在充放电过程中，石墨负极和电解液界面会形成一层固体电解液相界面膜（SEI膜），由于石墨和电解液的反应界面增加更趋于不稳定状态。因此，SEI膜的性质在很大程度上决定锂离子二次电池的电化学性能。

在锂离子二次电池电解液中添加少量物质，这些物质能够优先在石墨负极上还原分解形成性能优良的SEI膜，它能够有效抑制溶剂分子（碳酸酯类溶剂）在电极表面的持续分解，从而改善锂离子二次电池的性能。

目前常用的添加剂为环状亚硫酸酯衍生物，如亚硫酸乙烯酯（ES）等，由于中心硫原子的存在，在石墨负极界面的还原性比相应碳酸酯类溶剂强，明显高于溶剂化锂离子的嵌层电位，先于碳酸酯类溶剂在石墨负极表面还原，形成稳定的SEI膜，明显抑制溶剂化锂离子共嵌入石墨层间，改善了锂离子二次电池的循环性能。但是这类化合物在应用于锂离子二次电池电解液时还存在如下不足：在石墨负极界面形成的SEI膜稳定性差，随着循环次数的增加，电极界面电阻逐渐升高，锂离子二次电池的电阻极化现象越来越严重，从而导致电极的可逆容量迅速降低。

在电解液中加入碳酸亚乙烯酯（VC），也能提高锂离子二次电池的首次库伦效率和循环性能。但是，加入VC会在负极表面形成致密的SEI膜，其阻抗较大，会恶化锂离子二次电池在低温条件下的充电性能。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池及其电解液，其同时具有良好的首次库伦效率、循环性能以及低温充电性能。

为了实现上述发明目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种锂离子二次电池电解液，其包括：锂盐；非水有机溶剂；以及添加剂。所述添加剂含有具有通式（1）结构的化合物中的至少一种；通式（1）中R₁、R₂分别独立地表示为通式（2），R₃为氢或C1～C3的烷基；通式（2）中R₄、R₅分别独立地表示为氢或C1～C3的烷基，其中n为0至2内的自然数，

在本发明的第二方面，本发明提供了一种锂离子二次电池，其包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于相邻正极片和负极片之间；以及电解液。其中，所述电解液为根据本发明第一方面的电解液。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

加入具有通式（1）结构的化合物的锂离子二次电池既具有良好的首次库伦效率、循环性能，又具有良好的低温充电性能。

具体实施方式

下面详细说明根据本发明的锂离子二次电池及其电解液及制备方法。

首先说明根据本发明第一方面的锂离子二次电池电解液包括：锂盐；非水有机溶剂；以及添加剂。所述添加剂含有具有通式（1）结构的化合物中的至少一种；通式（1）中R₁、R₂分别独立地表示为通式（2），R₃为氢或C1～C3的烷基；通式（2）中R₄、R₅分别独立地表示为氢或C1～C3的烷基，其中n为0至2内的自然数，

将具有通式（1）结构的化合物加入到锂离子二次电池电解液中，能明显改善锂离子二次电池的首次库伦效率和循环性能，这是由于具有通式（1）结构的化合物也能像ES或VC一样在负极表面形成SEI膜，阻止了非水有机溶剂在负极表面的氧化还原分解，从而提高了锂离子二次电池的首次库伦效率和循环性能。与ES相比，具有通式（1）结构的化合物形成的SEI膜比ES形成的SEI膜更稳定，使锂离子二次电池具有良好的循环性能；与VC相比，具有通式（1）结构的化合物形成的SEI膜具有更低的阻抗，使锂离子二次电池具有良好的低温充电性能。

锂离子二次电池电解液中具有通式（1）结构的化合物能优先于非水有机溶剂在负极材料表面形成SEI膜，由于含有C=C官能团，能形成一定分子量的聚合物膜，增加了SEI膜的稳定性，且由于含有亚硫酸官能团，使所形成的SEI膜具有良好的导离子性能。