本發(fā)明屬于鋰離子電池，具體涉及一種鋰離子電池電解液及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池具有能量密度大、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、可快速充放電和對環(huán)境污染小等優(yōu)點，因此得到廣泛的應(yīng)用。然而隨著對商用鋰離子電池的能量密度、安全性能和使用壽命等性能提出更高要求，開發(fā)出能量密度高、循環(huán)性能好及高安全性的鋰離子電池是行業(yè)發(fā)展的迫切需求。

2、鋰離子電池在首次充電過程中，電解液會與碳負(fù)極反應(yīng)，形成一層鈍化膜(sei膜)，充放電過程中，鋰離子都必須通過sei膜，所以sei膜對鋰離子電池的主要性能(如循環(huán)，高溫和功率性能等)會產(chǎn)生重要的影響。sei膜可阻止電解液進(jìn)一步分解，減少負(fù)極界面上的副反應(yīng)，但是隨著充放電的進(jìn)行，sei膜可能會發(fā)生溶解、破裂、分解、重組或變厚等現(xiàn)象，導(dǎo)致電池出現(xiàn)內(nèi)阻增加或產(chǎn)氣等負(fù)面效應(yīng)，從而影響電池的循環(huán)壽命、容量發(fā)揮和安全性能，這些負(fù)面效應(yīng)在電池進(jìn)行高溫存儲或高溫循環(huán)時會更嚴(yán)重。此外，隨著鋰離子電池電壓的提高，循環(huán)過程中正極側(cè)也需要形成良好的鈍化膜(cei膜)。由于電解液中不同的添加劑或不同量的同一添加劑，都會導(dǎo)致形成的sei膜質(zhì)量不一樣，膜阻抗也不同。因此，通過選擇合適的添加劑和電解液的配方來改善sei/cei膜的質(zhì)量，對實現(xiàn)高性能鋰離子電池顯得十分必要。

3、工作電壓的提升能夠為鋰離子電池提供更高的能量密度。但是，隨之產(chǎn)生的容量衰減問題阻礙其商業(yè)應(yīng)用。一方面，大量學(xué)者認(rèn)為目前所使用的商用碳酸酯基電解液無法承受更高的電壓。雖然，在惰性電極的氧化還原測試中，商用碳酸酯基電解液表現(xiàn)出了很高的電化學(xué)窗口。但是在實際的應(yīng)用中，還需要考慮過渡金屬對電解液的催化作用，這使得目前的商用碳酸酯基電解液無法長期維持高電壓的電池循環(huán)。另一方面，當(dāng)鈷酸鋰電池的截止電壓高至4.5v時，由傳統(tǒng)碳酸酯基電解液所形成的cei界面是非常脆弱的。當(dāng)這層脆弱的界面破損后，co離子將會從材料中脫離出來進(jìn)入電解液，經(jīng)過電遷移轉(zhuǎn)移至負(fù)極側(cè)，發(fā)生還原反應(yīng)，破壞負(fù)極的sei，使得電池崩潰。并且，具有催化性的過渡金屬離子也會在電解液中進(jìn)一步催化電解液分解，產(chǎn)生不可逆的惡性循環(huán)。同時高電壓下電解液的電化學(xué)穩(wěn)定性變差，容易分解產(chǎn)生hf，從而對sei膜造成腐蝕，進(jìn)而影響li+的脫嵌。

4、硅負(fù)極存在嚴(yán)重的體積膨脹問題，需要依靠穩(wěn)定的sei膜抑制。

5、當(dāng)高電壓鈷酸鋰與硅負(fù)極電池匹配時，隨著電壓的升高，電解液中碳酸酯和六氟磷酸鋰進(jìn)一步的反應(yīng)產(chǎn)生hf，高電壓會催化這種水解反應(yīng)，主要原因是pf6–與水結(jié)合后的結(jié)構(gòu)氧化穩(wěn)定性下降，且分解能壘下降，最終導(dǎo)致水解反應(yīng)加劇。hf腐蝕硅負(fù)極表面的sei膜，硅負(fù)極存在的體積膨脹問題表現(xiàn)的更加明顯，進(jìn)而導(dǎo)致高電壓鈷酸鋰與硅負(fù)極電池匹配的全電池性能明顯劣化。同時在充電過程中，隨著電壓的升高，更多的鋰離子嵌入硅負(fù)極中，但是由于li的不均勻嵌入，極端的體積膨脹和收縮發(fā)生在si電極的局部區(qū)域，在這些區(qū)域產(chǎn)生累積應(yīng)力，造成si電極瓦解，循環(huán)性能變差。

6、相對于在高電壓鈷酸鋰/石墨電池，同樣的配方在高電壓鈷酸鋰/硅基負(fù)極電池上性能劣化會更明顯。過渡金屬co串?dāng)_效應(yīng)對si基電池的sei化學(xué)性質(zhì)和性能以及電池老化行為的影響可能與傳統(tǒng)石墨基電池有很大不同。負(fù)極材料的表面化學(xué)性質(zhì)對電解液有影響，導(dǎo)致si/石墨復(fù)合電極的sei化學(xué)性質(zhì)隨si含量的變化而不同，或者是si可以很容易地與多種金屬離子形成多種更穩(wěn)定的合金或zintl相。與石墨相比，si的電子電導(dǎo)率明顯較低可能是另一個原因，較低的電子電導(dǎo)率會在動力學(xué)上阻礙過渡金屬離子的還原反應(yīng)。例如己二腈adn和1,3,6-己烷三腈htcn能明顯改善高電壓鈷酸鋰/石墨電池的循環(huán)性能，但是在高電壓鈷酸鋰/硅基負(fù)極電池上卻不能改善，這可能是氰基能絡(luò)合金屬離子co，避免co對石墨負(fù)極的劣化，但是co對硅負(fù)極沒有影響，反而會導(dǎo)致硅負(fù)極阻抗的增加，劣化硅負(fù)極電池性能。因此需要尋找新添加劑來彌補電池性能的劣化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種能夠兼顧鋰離子電池在高電壓常溫循環(huán)性能、高溫擱置安全性和低溫放電效率的鋰離子電池電解液及使用該電解液的鋰離子電池。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種鋰離子電池電解液，其包括溶劑、鋰鹽和添加劑，所述添加劑包括硝基苯腈衍生物，所述硝基苯腈衍生物為通式(1)所示的化合物中的一種或多種，所述通式(1)為：

4、

5、r1、r2獨立地為h、f、烷基、氟代烷基、氧烷基、硫烷基、硝基或氰基，且所述硝基苯腈衍生物不包括對硝基苯腈。

6、優(yōu)選地，r1、r2獨立地為h、f、碳原子數(shù)為1～3的烷基、碳原子數(shù)為1～3的氟代烷基、碳原子數(shù)為1～3的氧烷基、碳原子數(shù)為1～3的硫烷基、硝基或氰基，且所述硝基苯腈衍生物不包括對硝基苯腈。

7、本發(fā)明中所說的烷基可以是直鏈烷基也可以是支鏈烷基。

8、優(yōu)選地，所述硝基苯腈衍生物為以下化合物a～n中的一種或多種：

9、

10、優(yōu)選地，所述硝基苯腈衍生物的質(zhì)量占所述鋰離子電池電解液總質(zhì)量的1％～8％。

11、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述硝基苯腈衍生物的質(zhì)量占所述鋰離子電池電解液總質(zhì)量的1％～5％。

12、再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述硝基苯腈衍生物的質(zhì)量占所述鋰離子電池電解液總質(zhì)量的2％～4％。

13、優(yōu)選地，所述溶劑為碳酸酯類、羧酸酯類、醚類中一種或多種。

14、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳酸酯為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一種或多種。

15、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述羧酸酯為丙酸丙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯中的一種或多種。

16、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述醚類為乙二醇二甲醚和/或1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚。

17、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述溶劑為碳酸脂類和羧酸脂類的混合物。

18、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述溶劑至少包括碳酸二甲酯和羧酸酯，且所述碳酸二甲酯和所述羧酸酯的質(zhì)量之和占所述溶劑的總質(zhì)量的10％～40％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％。

19、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳酸二甲酯和所述羧酸酯的質(zhì)量之和占所述溶劑的總質(zhì)量的25％～35％。

20、優(yōu)選地，所述鋰鹽為liclo4、lipf6、litfsi、lifsi中一種或多種。

21、優(yōu)選地，所述鋰鹽在所述的鋰離子電池電解液中的摩爾濃度為0.001～2mol/l。

22、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鋰鹽在所述的鋰電池電解液中的摩爾濃度為0.1～2mol/l。

23、更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鋰鹽在所述的鋰電池電解液中的摩爾濃度為1～1.5mol/l。

24、優(yōu)選地，所述添加劑還包括其他添加劑，所述其他添加劑為氟代碳酸乙烯酯、四氟硼酸鋰、二氟磷酸鋰中的一種或多種。

25、本發(fā)明中，優(yōu)選所述其他添加劑的占所述鋰離子電池電解液總質(zhì)量的3％～15％，進(jìn)一步優(yōu)選為5％～10％。

26、本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包括正極、負(fù)極和電解液，所述的電解液為上述鋰離子電池電解液。

27、本發(fā)明中，鋰離子電池正極為鈷酸鋰正極材料，負(fù)極為含硅材料的負(fù)極，不限于納米硅，氧化亞硅或者硅碳。

28、本發(fā)明中，鋰離子電池鈷酸鋰正極材料的工作上限電壓≥4.55v。

29、本發(fā)明中的鋰電池電解液，通過選擇具備通式(1)的硝基苯腈衍生物，并優(yōu)化電解液的配方來改善sei/cei膜的質(zhì)量，使鋰離子電池性能明顯提升，本發(fā)明的鋰離子電池在25℃下1.0c循環(huán)300次后的容量保持率最高可達(dá)93％，60℃擱置30天后鼓脹率最低為19％，取得了較好的技術(shù)效果。

30、由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：

31、本發(fā)明的鋰電池電解液能夠改善鋰電池性能，采用本發(fā)明的電解液制備得到的鋰離子電池具有常溫高電壓循環(huán)性能好、高溫擱置膨脹率低和低溫放電效率高的優(yōu)點，極具應(yīng)用前景。