[发明专利]锂离子电池及其电解液

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种具有良好阻燃 性能的锂离子电池电解液和含有该电解液的锂离子电池。

背景技术

安全问题是制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的主要障碍。由于 现有的电解质体系存在的缺陷，安全型电解质体系越来越受到关注，并成为锂 离子电池电解质研发的热点。

安全型电解质体系可分为阻燃电解液、离子液体电解液和固体电解质，其 中，阻燃电解液是一种功能电解液，一般通过在常规的电解液中加入阻燃添加 剂获得阻燃功能。

目前，关于阻燃添加剂的研究主要包括有机磷化合物、卤化物、磷氮复合 物、磷卤复合物和离子液体等，其中，磷酸酯和亚磷酸酯类化合物表现出了较 好的阻燃性能。磷酸酯和亚磷酸酯类有机磷化合物具有高含磷量、高介电常数、 低粘度、高沸点、低熔点和价格便宜等优点，适于作为锂离子电池电解液的阻 燃添加剂或共溶剂。已知典型的含磷类阻燃剂有磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯 (TEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2,3- 二氯丙基)(TDCPP)、磷酸三苯酯(TPP)等。

CN10193808A揭示了含炔基的磷酸酯阻燃剂，其具有较好的电化学性能， 但与负极的兼容性有待提高。

CN101079504A、CN101079505A、CN101445515A、CN101071863A揭示 了采用在磷酸酯结构中引入P-C键得到亚磷酸酯(如甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸 二乙酯及其衍生物)作为纯溶剂或者溶剂的组分的锂离子电池阻燃电解液，亚磷 酸酯电解液具有价格低廉、不可燃烧性、低毒性、高电导率和良好的电化学稳 定性等特点，但是，这类有机磷化合物与石墨碳负极的兼容性较差。

CN102593516A揭示了在磷酸酯结构中引入P-N键得到含烯基磷酰胺类添 加剂的阻燃型锂离子电池电解液，能够提高电解液对隔离膜的润湿性，烯基磷 酰胺类分子中具有的烯键能参与固体电解质层(SEI)成膜反应，与负极有良好的 相容性，部分聚合成膜的共含磷及双键分子本身提高了负极SEI层的热稳定性。 但是，所生成的SEI膜阻抗较大，对电芯的倍率和循环性能影响较大，很难用 作商业化的电解液。

有鉴于此，确有必要提供一种锂离子电池电解液，其不仅具有理想的阻燃 特性，而且不会对电池性能产生负面影响。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂离子电池及其电解液，其中，锂离子电池 电解液不仅具有理想的阻燃特性，而且不会对电池性能产生负面影响。

本申请的发明人经过长期潜心研究发现：将膦酸酯衍生物加入锂离子电池 电解液中，不仅能显著提高电解液的阻燃性能，而且不会影响锂离子电池的其 他性能(如容量、倍率、循环性能)。

膦酸酯衍生物具有以下优势：一、膦酸酯衍生物分子结构中以苯环为中心 存在三个P-C键，一方面结构对称，化学和电化学稳定性比常用的磷酸酯好， 不参与SEI成膜反应，不增加阳极阻抗，在锂离子电池工作电压范围内不发生 分解反应，对电池性能不会产生负面影响；另一方面膦酸酯衍生物含磷量高， 如果在膦酸酯的酯基上引入多个氟原子后，溶剂分子的含氢量降低，可燃性降 低，添加到电解液中更加能明显改善电解液的热稳定性，提高锂离子电池的安 全性和可靠性。二、借助氟元素的吸电子效应，有利于提高添加剂在碳负极表 面的还原电位，优化固体电解质界面膜，改善电解液与活性材料之间的相容性， 稳定电极的电化学性能，膦酸酯衍生物合成成本相对低廉，可作为锂离子电池 电解液阻燃添加剂或共溶剂用于锂离子电池。

据此，为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池电解液，其 含有：非水有机溶剂、锂盐、成膜添加剂碳酸亚乙烯酯和硫酸亚乙酯，以及膦 酸酯衍生物阻燃添加剂，其中，膦酸酯衍生物的结构式为：

其中，R为烷基、氟代烷基、芳基中的任意一种。

本发明锂离子电池电解液中，碳酸亚乙烯酯是一种优良的阳极SEI膜添加 剂，硫酸亚乙酯能促进碳酸亚乙烯酯形成SEI膜和提高锂离子电池的高温存储 特性。

作为本发明锂离子电池电解液的一种改进，所述膦酸酯衍生物的结构式为 P1、P2、P3中的任意一种。