[发明专利]非水电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，尤其涉及一种非水电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、无污染等独特的优势，现已作为电源广泛应用于相机、手机等电子产品。在某些特殊环境下，需要锂离子电池在超低温下使用，如中国东北的冬天，环境温度一般低于-20℃。又如某些电子产品正常工作需要大功率放电，如航模飞行，电动玩具等。为了使锂离子电池能够在低温环境下使用或者大功率工作，需使用低熔点，低粘度的电解液。链状羧酸酯具有低熔点、低粘度的特点，能有效地改善锂离子电池的低温放电性能和大功率放电特性，但是羧酸酯会与锂离子电池阳极有化学反应，严重恶化锂离子电池的循环性能，而且链状羧酸酯氧化电位比链状碳酸酯低，特别是在高电压下，链状羧酸酯在阴极的副反应加剧，这进一步限制了链状羧酸酯在锂离子电池电解液的应用。为了将链状羧酸酯应用于锂离子电池电解液，达到改善锂离子电池低温放电性能和大功率放电性能的效果，需要在锂离子电池阴阳极表面形成有效的保护钝化膜。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池。

根据本发明一方面的非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，非水有机溶剂中包括式Ⅰ所示化学结构式的链状羧酸酯，

式Ⅰ中R₁选自碳原子数为2～3的烷基、碳原子数为2～3的卤代烷基中的一种；R₂选自碳原子数为3～7的烷基、碳原子数为3～7的卤代烷基中的一种；R₂的碳原子数不小于R₁的碳原子数；

添加剂包括式Ⅱ或式Ⅲ所示化学结构式的二腈化合物和含有不饱和键的环状碳酸脂，

NC-R₃-CN   式Ⅱ

NC-R₄-O-R₅-O-R₆-CN   式Ⅲ

式Ⅱ中R₃为碳原子数目介于1～5的烷烃基，式Ⅲ中R₄、R₅、R₆独立地选自具有1～5个碳原子的烷烃基。

在根据本发明一方面的非水电解液中，具有式Ⅰ结构的链状羧酸酯，由于其低粘度的特点，可显著降低电解液的粘度和提高电导率，有效改善锂离子电池的低温放电性能和大功率放电性能。另一方面，非水电解液中式Ⅰ结构的化合物耐氧化性较差，也会与锂离子电池阳极发生化学反应，导致锂离子电池的循环性能较差。在电解液中同时添加式Ⅱ结构或式Ⅲ结构的化合物和含有不饱和键的环状碳酸酯添加剂，式Ⅱ结构或式Ⅲ结构的化合物可在阴极表面形成有效的保护层，抑制阴极与电解液的反应；含有不饱和键的环状碳酸酯在锂离子电池化成阶段，能在阳极表面生成致密的SEI膜，有效阻止电解液与阳极的反应，显著改善锂离子电池的循环性能。以达到改善锂离子电池低温放电性能和大功率放电性能而不恶化其循环寿命的特点。

在根据本发明一方面的非水电解液中，具有式Ⅰ结构的化合物可选自具乙酸乙酯(EA)，乙酸丙酯，丙酸乙酯(EP)，丙酸丙酯(PP)，丙酸正丁酯，丁酸丙酯中的一种或几种。

在根据本发明一方面的非水电解液中，具有式Ⅱ结构的化合物可选自，丁二腈(SN)，戊二腈，己二腈(ADN)，庚二腈中的一种或几种。

在根据本发明一方面的非水电解液中，具有式Ⅲ结构的化合物可选自(1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷)、

(1,3-二(2-氰乙氧基)丙烷)、

(1,2-二(3-氰丙氧基)乙烷)中的一种或多种。

在根据本发明一方面的非水电解液中，含有不饱和键的环状碳酸酯通常使用但不限于碳酸亚乙烯酯(VC)、乙烯基碳酸亚乙酯(VEC)。

在根据本发明一方面的非水电解液中，具有式Ⅰ结构的化合物占非水有机溶剂的质量分数为5％～70％。链状羧酸酯的含量太低，对电解液的粘度和电导率影响有限，起不到显著改善锂离子电池低温性能的作用，链状羧酸酯的含量太高，高介电常数的环状碳酸酯的含量过低，反而引起电解液电导率下降，不利于低温性能。具有式Ⅰ结构的化合物占非水有机溶剂的质量分数优选为20％～50％。