[發明專利]一種提升鋰離子電池循環穩定性的非水電解質溶液

無效

• 申請號: 201110259369.0
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102983354A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 李立飛;鄭軍偉;袁翔云;袁杰;張少杰;陳世彬;沈蕾;方劍慧
• 申請（專利權）人: 輕工業化學電源研究所;張家港市國泰華榮化工新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0566;H01M10/0569
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種非水電解質溶液，屬于化學材料技術領域。?

背景技術

目前，商業化鋰電池電解質溶液主要由有機碳酸酯——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)等和導電鋰鹽(主要是LiPF₆)組成。有機碳酸酯非水電解質溶液的優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。應用于鋰離子電池的非水電解質溶液，一般應滿足以下要求：(1)離子電導率高，一般應達到10^-3S/cm；(2)鋰離子遷移數高，以獲得高的鋰離子電導率；(3)電化學窗口寬，即滿足鋰離子在正、負極的可逆嵌入和脫出，而電解質不發生化學或電化學分解；(4)熱穩定性高，在較寬的工作溫度范圍內不發生化學或電化學分解；(5)化學穩定性高，即與電池體系的電極材料如正極、負極、集流體、粘結劑、導電劑和隔膜等不發生化學反應；(6)具有較低的界面轉移電阻；(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。?

經過幾十年的研究和實踐，目前應用于商業化二次鋰電池的非水電解質溶液一般選擇六氟磷酸鋰(LiPF₆)作為導電鹽，溶劑多為高粘度、高介電常數的碳酸乙烯酯(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)構成的混合溶劑。此類體系最終能夠大規模使用，并非其各項指標具有突出的特性，而是其綜合指標基本能滿足現有二次鋰電池的產業應用要求。?

負極使用了碳材料、氧化物、鋰合金或者鋰金屬的非水電解液鋰離子電池或者鋰二次電池可以實現高的能量密度，因此用作便攜電話、筆記本電腦、電動工具和交通工具的電源，備受人們的矚目。已知在該二次電池中，在負極表面生成一層表面膜(又稱SEI膜或固體電解質相界面膜)。已知該界面膜能給電池的充放電效率、循環壽命、安全性等帶來很大的影響，因此在負極的高性能化中界面膜的控制是不可缺少的。對于碳材料、氧化物材料負極，需要減少其不可逆容量，對于鋰金屬、合金負極，需要解決充放電效率的降低和有枝晶生成所導致的安全性問題。?

有多種方案提出了解決這些課題的方法。例如，在日本專利JP-A-7-302617中，公開了將鋰負極暴露在含有氫氟酸的電解液中，是負極與氫氟酸反應，由此在其表面覆蓋氟化鋰膜的技術。在日本專利JP-A-5-275077中，提出了在碳材料的表面被覆鋰離子傳導性固體電解質的薄膜而形成的負極。在日本專利JP-A-7-122296中，公開了在非水電解液二次電池中含有碳酸亞乙烯酯衍生物的二次電池，能夠已知在碳負極上的電解液分解，可以改善電池的循環特性。但是在上述技術中，都不能得到相對于電池特性增加的充分的被膜效果，首先是反復使用時表面膜劣化，功能降低；其次被膜的效果在稍高溫度下，比如45～60度，均會發生不同程度的分解，導致被膜的成分和性質發生不可逆的變化，從而嚴重影響電池性能。在公開號為CN101154753A的中國專利中，提到在電解液中加入1，3-二氧六環等化合物可以抑制溶劑的分解，提高電池的循環壽命，但1，3-二氧六環等化合物的分解會顯著增加正極側的界面阻抗，對電池性能帶來損失。?

發明內容

鑒于上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種能夠抑制鋰離子電池電解液在電池材料表面的分解、保護正負極材料、提升鋰離子電池循環穩定性的非水電解質溶液。?

本發明的目的通過以下技術方案得以實現：所述的提升鋰離子電池循環穩定性的非水電解質溶液包括：(A)鋰鹽；(B)2，3-環乙烷-1，4-丁內酯；(C)碳酸酯類和/或醚類有機溶劑；和(D)其他功能添加劑，其中(A)鋰鹽在此電解質溶液中的摩爾濃度范圍為：0.001～2摩爾/升，(B)2，3-環乙烷-1，4-丁內酯在此電解質溶液中的質量百分比含量為：0.01％～10％，(D)其他功能添加劑在此電解質溶液中的摩爾濃度范圍為：0～0.5摩爾/升。?

進一步地，所述的提升鋰離子電池循環穩定性的非水電解質溶液，其中所述(B)2，3-環乙烷-1，4-丁內酯具有如下結構式：?