[发明专利]锂离子电池及其电解液

说明书

本发明公开了一种锂离子电池及其电解液，电解液包括有机溶剂、锂盐以及添加剂，添加剂包括氟代环状碳酸酯化合物(A)、环磷腈化合物(B)、环状硫酸酯化合物(C)以及氟代草酸硼酸锂盐(D)，氟代草酸硼酸锂盐(D)的结构通式为：与现有技术相比，本发明电解液能够在正负极表面形成稳定的CEI与SEI膜，保护正负极界面，改善锂离子电池电解质的酸性氛围，减轻HF对正负极界面的破坏作用，同时降低锂离子电池的低温内阻，改善锂离子电池的循环性能、高温存储性能、安全性能和功率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池及其电解液。

背景技术

锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点被广泛应用于电动汽车及消费类电子产品中，电解液作为离子传输的“高速公路”，在锂离子电池中扮演着十分重要的角色。

随着人们对锂离子电池能量密度要求的提高，以Ni、Co、Mn三元材料为正极，高能量密度的石墨、Si为负极的新一代锂离子电池成为当前研究的热点。然而由于Si的体积膨胀比传统石墨的体积膨胀大很多，在循环过程中由于SiC负极不停地膨胀收缩会导致SEI膜破裂，造成成膜添加剂不断消耗，直到成膜添加剂或溶剂消耗殆尽，最终导致电芯跳水。

在现有技术中，通常的办法是通过加入大量的成膜添加剂，在每一次循环后重新成膜，这种做法虽然可以使电芯维持一段时间的循环，使电芯不跳水，但是由于成膜在氧化还原过程中会产生大量酸性气体，产生的酸性气体使正负极钝化膜发生腐蚀，甚至破坏正极材料，对电池的安全性带来了严重的威胁。

但是，成膜添加剂的大量加入必然导致界面阻抗的增加，导致锂离子电池功率性能的下降。如何在提高锂离子电池的循环寿命以及存储寿命的同时，又不会降低锂离子电池的功率性能，成为当前研究的难点之一。

有鉴于此，确有必要提供一种具有理想性能的锂离子电池及其电解液，以降低锂离子电池的低温内阻，提高锂离子电池的循环性能、高温存储性能和安全性能。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种具有理想性能的锂离子电池及其电解液，以降低锂离子电池的低温内阻，提高锂离子电池的循环性能、高温存储性能和安全性能。

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，其包括有机溶剂、锂盐以及添加剂，所述添加剂包括氟代环状碳酸酯化合物(A)、环磷腈化合物(B)、环状硫酸酯化合物(C)以及氟代草酸硼酸锂盐(D)，所述氟代草酸硼酸锂盐(D)的结构通式为：

其中，R₁₀、R₁₁各自独立地选自H、卤原子、碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为2～20的烯基、碳原子数为2～20的炔基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为1～20的卤代烷基、碳原子数为2～20的卤代烯基、碳原子数为2～20的卤代炔基、碳原子数为6～20的卤代芳基、碳原子数为1～20的烷氧基、碳原子数为2～20的烯氧基、碳原子数为2～20的炔氧基、碳原子数为6～20的芳氧基、碳原子数为1～20的卤代烷氧基、碳原子数为2～20的卤代烯氧基、碳原子数为2～20的卤代炔氧基、碳原子数为6～20的卤代芳氧基中的一种，且R₁₀、R₁₁中至少有一个取代基含有氟原子。

本申请的发明人经过深入研究发现：氟代环状碳酸酯化合物、环磷腈化合物、环状硫酸酯化合物以及氟代草酸硼酸锂盐，四者能够协同作用于锂离子电池的电极界面，在正负极形成稳定的CEI膜与SEI膜，保护正负极界面，同时改善锂离子电池电解液的酸性氛围，减轻HF对正负极界面的破坏作用，同时能显著地降低锂离子电池的低温内阻，从而很好地改善锂离子电池的循环性能、高温存储性能、安全性能以及功率性能，尤其是针对含硅负极的锂离子电池，其改善效果尤为明显。