[发明专利]一种锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液及包含该锂离子电池电解液的锂离子电池。

背景技术

20世纪90年代以来，纯电动及混合动力汽车作为一项新技术的开发，得到了美国、日本、欧洲等发达国家和地区的高度重视，并取得了一些重大的研究成果和进展。2004年我国已经超过德国成为世界上第三汽车大国，估计今后3-5年内我国会一跃成为世界第一汽车大国，若不采取措施，随之而来的能源问题、环境问题、健康问题以及交通问题将会更为严峻。因此，不断完善动力锂离子电池与电动技术对缓解我国及全球的能源与环境问题具有重要的社会和战略意义。

目前，电动汽车的各种特性主要依赖于电池，这对电池的能量密度、功率密度及循环性能提出了更高要求。单体电芯在倍率充放电过程中的温度一般为50-60℃，电池成组后受空间、散热等因素的影响，电池运行温度可能高至70-80℃，电解液作为电池重要的组成之一，是影响电池使用温度的关键因素。

LiPF₆是目前商品化锂电池主要应用的锂盐，LiPF₆在高温下会发生热分解，生成PF₅，PF₅会进一步与电解液中的水分发生水解反应生成HF。HF的存在会造成正极材料发生金属溶解，正极溶出的亚铁离子会在负极沉积，并恶化负极的性能，铁沉积物可能会催化电解液的分解，从而使负极阻抗显著增加，导致电池容量的衰减，甚至可能造成内短路，存在严重安全隐患。现有的改善电池高温及安全性能主要是通过向电解液添加高温成膜剂、产气抑制剂、取代部分LiPF₆锂盐等方法进行改善，但作用效果有限。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池电解液及锂离子电池，旨在改善锂离子电池的高温性能，降低内部短路风险。

本发明是这样实现的，一种锂离子电池电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述功能添加剂为1,4,8,11-四氮杂环十四烷(TAC)，其结构式如下：

本发明还提供了一种锂离子电池，包括所述的电解液。

有益效果：本发明通过向电解液中加入一种新型功能添加剂TAC，其能与电解液中、正极材料溶出、导电剂SP中的金属离子形成配位化合物。该配位化合物提高了金属离子沉积的热力学反应能垒，从而使沉积反应需要更低的电位值；形成的配位化合物分子为大环类结构，具有一定的位阻效应，也能降低沉积反应动力学。在电解液中添加有TAC的锂离子电池中，由TAC形成的配位化合物抑制了金属离子的沉积，显著提高了电池的高温性能和安全性能。此外，本发明中的TAC作为功能添加剂，只需很低的添加量即可发挥明显效果。

附图说明

图1是现有技术提供的LiPF₆受热分解生成HF、PF₅的反应式；

图2是本发明提供的TAC的结构式；

图3a是本发明实施例提供的TAC与金属离子形成的配位化合物的结构式，图3b是TAC降低沉积反应动力学的机理；

图4是本发明实施例提供的由电解液A，B，C制备的锂离子电池的循环性能测试图；

图5是本发明实施例提供的由电解液A、B和C制备的锂离子电池的负极/电解液界面SEI膜的阻抗测试结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

LiPF₆电化学稳定性高，不腐蚀铝箔，但其热稳定性差，受热会分解生成HF、PF₅等强酸性产物(反应过程如图1)，这些产物与磷酸铁锂正极反应造成材料中铁溶出，加上磷酸铁锂正极、导电剂SP等材料中存在，或制作过程引入微量的铁杂质，均造成亚铁离子在负极沉积，导致电池自放电大；另外还会破坏SEI膜，催化电解液分解，增大负极表面阻抗，电池性能加速衰减；沉积物还会刺穿隔膜，造成内部短路。