[發(fā)明專利]一種提高鋰電池高低溫性能的電解質(zhì)溶液

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010148030.9
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101800335A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李立飛;徐麗娜;袁杰;袁翔云;方劍慧;駱宏鈞;王一明;郭軍
• 申請（專利權(quán)）人: 張家港市國泰華榮化工新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058
• 代理公司: 張家港市高松專利事務(wù)所 32209
• 代理人: 黃春松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高鋰電池高低溫性能的電解質(zhì)溶液，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，商業(yè)化鋰電池電解質(zhì)主要由有機碳酸酯——如碳酸二甲酯(簡稱DMC)，碳酸二乙酯(簡稱DEC)，碳酸乙烯酯(簡稱EC)等和導(dǎo)電鹽(主要是LiPF₆)組成。有機碳酸酯非水電解質(zhì)溶液的優(yōu)化和選擇是提高鋰離子電池綜合性能的重要研究方向之一。應(yīng)用于鋰離子電池的非水電解質(zhì)溶液，一般應(yīng)滿足以下要求：(1)離子電導(dǎo)率高，一般應(yīng)達到10-3S/cm；(2)鋰離子遷移數(shù)高，以獲得高的鋰離子電導(dǎo)率；(3)電化學(xué)窗口寬，即滿足鋰離子在正、負極的可逆嵌入和脫出，而電解質(zhì)不發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)分解；(4)熱穩(wěn)定性高，在較寬的工作溫度范圍內(nèi)不發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)分解；(5)化學(xué)穩(wěn)定性高，即與電池體系的電極材料如正極、負極、集流體、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和隔膜等不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(6)具有較低的界面轉(zhuǎn)移電阻；(7)與目前主要使用的正負極材料兼容性好；(8)無毒、無污染、使用安全，最好能生物降解；(9)容易制備，成本低。

經(jīng)過幾十年的研究和實踐，目前應(yīng)用于商業(yè)化二次鋰電池的非水電解質(zhì)溶液一般選擇六氟磷酸鋰(LiPF₆)作為導(dǎo)電鹽，溶劑多為高粘度、高介電常數(shù)的碳酸乙烯酯(簡稱EC)、碳酸丙烯酯(簡稱PC)與低粘度、低介電常數(shù)的碳酸二甲酯(簡稱DMC)、碳酸二乙酯(簡稱DEC)、或甲基乙基碳酸酯(簡稱EMC)構(gòu)成的混合溶劑。此類體系最終能夠大規(guī)模使用，并非其各項指標(biāo)具有突出的特性，而且其綜合指標(biāo)基本能滿足現(xiàn)有二次鋰電池的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用要求。

盡管以LiPF₆作為導(dǎo)電鹽的非水電解質(zhì)溶液在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)上獲得了巨大成功，但是LiPF₆自身固有的缺陷限制了其電解質(zhì)溶液在極限條件下的應(yīng)用(如極低溫度)。這主要是由于PF₆^-陰離子對稱性高，其鋰鹽LiPF₆晶格能大，熔點高。由于晶格能大、熔點高的化合物在有機溶劑中溶解度小，因而，LiPF₆導(dǎo)電鹽在低溫下易從有機電解質(zhì)溶液中結(jié)晶析出。另外，其電解質(zhì)溶液中采用了高熔點的環(huán)狀碳酸酯溶劑(如EC，mp37℃)，這類有機溶劑自身在低溫下也易結(jié)晶。所以，以LiPF₆為導(dǎo)電鹽、且含有EC的電解質(zhì)溶液一般凝固點較高(約-20至0℃)。電解質(zhì)溶液中之所以必須使用EC，是由于LiPF₆在DMC(介電常數(shù)為3)、DEC(介電常數(shù)為3)等具有低介電常數(shù)、低粘度的鏈狀碳酸酯中具有較低的溶解度，因此必須添加一定比例的具有高介電常數(shù)、高粘度的EC(介電常數(shù)為90)、PC(介電常數(shù)為65)等環(huán)狀碳酸酯，以促進LiPF₆的解離。這樣一種通過混合高介電常數(shù)、高粘度的環(huán)狀脂類溶劑以及低介電常數(shù)、低粘度的鏈狀脂類溶劑的方法，是目前制備二次鋰電池商用電解質(zhì)最常見的做法。

綜上所述，采用LiPF₆為導(dǎo)電鹽的二次鋰電池低溫性能很難滿足實際需要。當(dāng)環(huán)境溫度低至零下40度，甚至更低時，電池?zé)o法完全釋放其全部容量，甚至無法正常工作，從而限制了二次鋰電池在極端溫度條件下的應(yīng)用。當(dāng)溫度降低時，目前以LiPF₆作為導(dǎo)電鹽的商用電解質(zhì)溶液部分會發(fā)生晶析或固化，黏度增加，電導(dǎo)率急劇下降，電解質(zhì)與電極的界面阻抗大大增加，導(dǎo)致電池性能急劇下降，甚至導(dǎo)致電池不能工作。

因此，開發(fā)具有較寬溫度使用范圍的電解質(zhì)溶液，甚至是高低溫能同時使用的電解質(zhì)溶液對于鋰電池的循環(huán)壽命、儲存壽命的提高都具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種能提高鋰電池高低溫性能的電解質(zhì)溶液。

為解決上述問題，本發(fā)明的主要技術(shù)原理是：在電解質(zhì)溶液中增加高低溫添加劑，以制備溫度使用范圍寬，甚至是高低溫能同時使用的電解質(zhì)溶液。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案是：一種提高鋰電池高低溫性能的電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液由四類成份組成：(A)鋰鹽，(B)碳酸酯類和/或醚類有機溶劑，(C)高低溫添加劑和(D)其他功能添加劑，其組成可以簡寫為A+B+C+D；其中(A)鋰鹽在此電解質(zhì)溶液中的摩爾濃度范圍是：0.001-2摩爾/升，(C)高低溫添加劑在此電解質(zhì)溶液中所占的質(zhì)量比例范圍是：0.01％-30％，(D)其他功能添加劑在此電解質(zhì)溶液中的摩爾濃度范圍是：0-0.5摩爾/升；所述的(C)高低溫添加劑為離子型化合物，其陰離子為如下結(jié)構(gòu)式中的一種或幾種共存：