[发明专利]一种锂离子二次电池

说明书

本发明提供一种锂离子二次电池，包括正极、负极、隔膜及非水电解液；所述非水电解液包括基础组分及电解质盐，所述基础组分包括溶剂；所述溶剂包括含氟且含磷的化合物，及叔羧酸酯。所述非水电解液能达到明显改善锂离子二次电池性能的目的。

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池。

背景技术

近年来，电动汽车作为新能源交通工具受到广泛的关注，锂离子二次电池具有的高功率密度、高能量密度、长循环寿命等显著优点，正逐步取代传统电池。

然而，电动汽车起火事件偶有发生，安全性能始终是锂离子二次电池拓展应用的一个“绊脚石”。这主要是由于商业化的锂离子电池用电解液为易燃的碳酸酯(醚)混合溶剂与LiPF₆复配体系，其在过充、短路、受热等条件下，电池内部由于热量聚集会引起热失控进而导致电池着火、燃烧，甚至爆炸。羧酸酯系溶剂介电常数较高而黏度较小，是碳酸酯之外被广泛使用的非水电解液溶剂。早先，被普遍使用于对低温输出特性要求高的锂离子二次电池。随着对高能量密度的追求，正负极的负载质量增加、压实密度提高，对电解液的浸润能力也提出更高要求。线性羧酸酯包括甲酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯和丙酸甲酯等，这类溶剂的黏度比碳酸酯溶剂小，作为电解液的溶剂，可以明显降低电解液的黏度，提升电解液对极片、隔膜的浸润性，提升锂离子在电极以及隔膜微孔中的扩散速度，从而提高锂二次电池的倍率性能并同时抑制锂在负极极片表面析出。然而，一级羧酸酯、二级羧酸酯电化学窗口较窄，当负极使用高结晶化的碳材料如石墨时，由于金属锂或钠在负极上形成活性物种(C₆Li)，与羧酸酯中羰基相邻的碳原子上的活性氢发生反应，产生气体，致使电池内阻上升，或者导致循环特性和荷电保持特性下降。此外，线性羧酸酯用于非水电解液溶剂时，其闪点低、易燃、耐氧化能力不够高的特点导致其所制备的电芯安全隐患大。最为重要的是，线性羧酸酯的高润湿能力具有两面性。一方面，如上所述，有利于电解液对极片、隔膜的浸润，促使电池性能良性循环；另一方面，电解液对极耳胶的润湿性也会增加，致使电池极耳与电池外包装(铝塑膜)之间的封装难度提升，表现为电池的绝缘电阻下降，长期使用时存在安全隐患。为了拓宽羧酸酯的电化学窗口，氟代羧酸酯也被广泛研究。本发明研究人员通过大量实验发现，氟代羧酸酯，例如三氟乙酸乙酯，其电化学性能仍不够稳定。通过氟代，虽然可以增加羧酸酯分子的耐氧化能力，但是由于氟原子是强吸电子基团，导致羧酸酯分子中的羰基进一步极化，羰基碳原子或者羰基氧原子反应活性增强，电解液的本征化学稳定性下降且仍然不能解决电池极耳与电池外包装之间的绝缘电阻偏低的问题。

发明内容

本发明提供一种锂离子二次电池，包括正极、负极、隔膜及非水电解液；所述非水电解液包括基础组分及电解质盐，所述基础组分包括溶剂组分；所述溶剂包括如式(I)和/或如式(II)所示的含氟且含磷的化合物，及如式(A)所示的叔羧酸酯：

其中，所述R选自碳原子数为1～8的烷基；所述R₁、R₂和R₃分别选自至少一个氢原子被氟原子取代且碳原子数为1～4的烷基或R₁、R₂和R₃分别选自至少一个氢原子被氟原子取代且碳原子数为1～4的烷氧基；所述X₁～X₆分别表示碳原子数为1～8的烷氧基；或X₁～X₆分别表示氟原子。

本发明式(I)和/或如式(II)为含氟且含磷的化合物，所述X₁～X₆分别表示碳原子数为1～8的含氟的烷氧基；或X₁～X₆分别表示氟原子。