[发明专利]一种含硅溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种含硅溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池。该电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述有机溶剂中包含硅代有机溶剂，所述添加剂中包含含腈基的吡啶基化合物，所述有机溶剂还可以包含链状碳酸酯类有机溶剂、环状碳酸酯类有机溶剂中的一种或多种。本发明利用含腈基吡啶类化合物，在电极正极表面形成具有导电性的电解质膜，抑制金属溶出，与电解液中的HF进行络合，降低HF的含量，减少HF对正极材料的腐蚀作用，最终提高电池的循环寿命和容量保持率；同时，通过添加硅代溶剂，在保护正极的同时，降低电解液粘度，优化电极界面，抑制阻抗的增加，保证了电池的低温和倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种含硅溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

随着电动汽车、无绳电动工具及军事上应用的增多，对锂离子电池的能量密度提高了更高的要求。目前主要是通过选择高容量、高压实的正负极活性材料和提高正极活性材料充电截止电位。然而，后者会提高正极氧化活性，加剧电解液的氧化分解，降低电池的综合性能。当锂离子在遇热、持续放电发热等高温状态时，则会加快对活性材料的破坏并且电池也会大量产气，更有甚者会引起爆炸、燃烧等安全事故。在高电压环境下，正极材料中的锂离子会大量脱出，影响电池安全性能和循环稳定性。

目前锂离子电池使用最多的电解质锂盐为LiPF₆，它的优势在于具有很好的电导率，较宽的电化学窗口，较好的高低温性能；然而LiPF₆的缺点是对水敏感和热不稳定性，在微量水存在下或较高温度时易分解产生HF，而HF的存在会破坏SEI膜和电极材料，最终造成电池容量的降低和电池性能的破坏。

解决上述问题的方案有很多，SK新技术株式会社在专利WO2015088052中提到，利用多腈基化合物的腈基与高价金属离子进行络合，可以有效降低金属离子的溶出，抑制电解液在正极表面的氧化分解；一些传统的正极成膜添加剂，如具有大π键结构的苯类、噻吩类，含不饱和键的如PST等，能够在正极表面聚合成膜，覆盖正极表面的活性位点，抑制电解液的氧化分解等。而针对LiPF₆的分解以及HF的产生等问题，常用的方式是通过加入脱水抑酸添加剂，如碳二酰亚胺类添加剂等。

发明内容

本发明针对以上背景技术及存在的不足，提供了一种含硅溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池。

为达到本发明的目的，本发明含硅溶剂和吡啶类添加剂的电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，所述有机溶剂中包含硅代有机溶剂，所述添加剂中包含含腈基的吡啶基化合物。

进一步地，所述硅代有机溶剂如式(I)或式(II)所示：

在式(I)中，M₁和M₂分别表示含1-6个碳原子的烷基或含1-4个碳原子的硅烷或硅氧烷，且M₁和M₂中至少有一个为含1-4个碳原子的硅烷或硅氧烷；

在式(II)中，X₁和X₂分别表示含1-6个碳原子的烷基或含1-4个碳原子的硅烷或硅氧烷，且X₁和X₂中至少有一个为含1-4个碳原子的硅烷或硅氧烷。

优选地，根据本发明的一些实施方式，所述式(I)所示化合物包括但不限于以下化合物：

优选地，根据本发明的一些实施方式，所述式(II)所示化合物包括但不限于以下化合物：

更优选地，所述式(I)或式(II)所示硅代有机溶剂占有机溶剂质量的2-30％，例如5-15％。