[发明专利]一种高能量密度锂离子电池及其电解液

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度锂离子电池及其电解液，本发明在电解液中添加有添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D；所述添加剂A为保证循环性能的负极成膜添加剂，所述添加剂B为改善高温性能的添加剂，所述添加剂C为固体电解质膜的修饰性添加剂，所述添加剂D为抑制电解液分解的添加剂。相比于现有技术，本发明通过A+B+C+D四类添加剂的联合使用，在有限空间范围内可以保证高比能量电池体系在较低保液量的前提下具备长循环性能，同时兼具优异的高低温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度锂离子电池及其电解液。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、对环境友好等优点而广泛应用于3C数码产品、电动汽车等领域。随着智能穿戴、智能手机、便携式移动办公等设备的发展，高能量密度锂离子电池是目前行业发展的热点。

在有限体积空间内提升电池的体积能量密度是目前众多产品共同的追求，而在一定空间内提升电池的能量密度主要采用的方法是：1)提升正极材料的工作电压，使得活性材料的克容量发挥到最大；2)提高负极的克容量，如选用硅碳负极；3)增加单位体积正负极活性物质的占比，也意味着更高的涂布密度和更大的压实密度；4)减小辅料的占比，如选用更薄的隔膜、铝塑膜和铜箔；5)减小电解液的注液量。

目前，电池正极材料普遍采用高电压4.4V及以上的钴酸锂或三元体系，电池负极材料一般采用高容量高压实的石墨。然而，电池正负极材料压实密度提高后，一方面对电解液的吸附会降低，对电解液的保液量会下降；另一方面在保证电池具有良好外形和硬度的前提下，锂离子电池工艺不容许电解液保液太高；电解液保液低带来的好处是电解液的占比降低了，电池的体积比能量密度和重量比能量密度都会直接提高，且电池不易发软和变形，但带来的问题是传统的电解液在保液系数较低时电池的循环性能得不到保证，循环后期经常出现跳水的现象，高低温性能也很难兼顾。因此，如何保证电解液在较低的保液系数前提下能够保证长循环寿命，同时兼具出色的高低温综合性能是目前面临的难题。

低保液系数电解液要达到高保液系数电解液一样的综合性能，意味着要提高有效保液量(单位体积的电解液具有足够的有效物质)。对于电池而言，有效保液量是指在浸润充分的前提下提供电池正负极正常工作所必须的电解液有效成分，就这需要该电解液满足以下要求：1)电解液中含有足够的锂离子；2)高效浸润、界面阻抗低；3)优良的负极成膜添加剂保证循环、减小负极膨胀；4)对正极有利的添加剂保证活性材料的库伦效率、抑制正极阻抗增加；5)电解液在不同环境条件下保持稳定，抑制电解液的分解。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种高能量锂离子电池电解液，可以保证电池在较低保液量的前提下具备长循环性能，同时兼具优异的高低温性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高能量密度锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D；所述添加剂A为保证循环性能的负极成膜添加剂，所述添加剂B为改善高温性能的添加剂，所述添加剂C为固体电解质膜的修饰性添加剂，所述添加剂D为抑制电解液分解的添加剂。

优选地，所述添加剂A为氟代碳酸乙烯酯、1，2-二氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、4-乙基硫酸乙烯酯、3a,6a-二氢-[1,3,2]二氧硫代[4,5-d][1,3,2]二恶硫醇-2,2,5,5-四氧中的至少一种，所述添加剂A的含量占电解液总质量的1～15％。

优选地，所述添加剂B为1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三-(2-氰乙氧基)丙烷、1,4-二腈基-2-丁烯、乙二醇双(丙腈)醚中的至少一种，所述添加剂B的含量占电解液总质量的0.5～8％。