[發明專利]一種用于鋰離子電池非水電解液的功能性添加劑

無效

• 申請號: 201110282114.6
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102340029A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 楊續來;陳燕;劉成士;劉大軍;張羽
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池的電解液，特別涉及一種用于改善電池循環性能和提高電解液分解電壓的鋰離子電池電解液功能性添加劑。

背景技術

鋰離子電池以工作電壓高、能量密度大和循環壽命長的特點，成為目前新能源領域的研究熱點。目前使用的鋰離子電池正極材料，LiCoO₂、LiMn₂O₄以及LiFePO₄等材料的工作電壓都低于4V，以LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiCoPO₄等材料為代表的高電壓正極材料的放電電壓可高達5V左右。但上述正極材料在使用過程中都會因電解液中HF或其它酸性物質的生成而導致活性金屬離子的溶解，從而嚴重影響電池的循環性能，這種現象在高溫下尤為嚴重，J?Power?Sources(2004，129：14-19)、J?Electrochem?Soc(2005，152(6)：A1041-A1046)和Flectrochem?Communica(2005，7：669-673)等文獻均證實了這一點。此外，對于高電壓材料的衰減還與電解液組成有很大的關系，當前常規電解液體系在電壓高于4.5V時就會發生分解從而造成整個電池體系性能的下降。J?Power?Sources(2001，99：60-65)、J?Power?Sources(2009，189(1)：685-688)、Electrochem?Solid-State?Lett(2002，5(9)：A206-A208)、J?Electrochem?Soc(2005，152(7)：A1361-A1365)、J?Power?Sources(2007，168：258-264)、J?Power?Sources(2003，119-121：378-382)和US5707760等文獻研究結果表明LiBOB或LiB(C₂O₄)₂可與正極溶出的金屬離子形成螯合物，降低金屬離子到負極被還原的機率，改善電池循環性能；使用(CH₃)₃SiNHSi(CH₃)₃、吡啶、NH₄I和二甲基乙酰胺等添加劑均能有效改善電解液穩定性，抑制HF的生成，減少正極溶解，提高電池循環性能尤其是高溫循環性能。

發明內容

本發明的首要目的在于提高電解液中LiPF₆的穩定性，改善正極材料的循環性能尤其是高溫循環性能。本發明提出一種能改善LiPF₆的穩定性、抑制HF生成的功能性添加劑，該添加劑的使用能夠減少正極金屬離子的溶出，同時該添加劑對已溶出的金屬離子能夠有效地螯合，減少金屬離子在負極被還原的可能；此外，本發明所提出的該功能性添加劑還能有效地提高常規碳酸酯類電解液在高電壓下的穩定性。

本發明的目的通過以下技術方案實現：在常規鋰離子電池電池碳酸酯類普通電解液中添加0.01-5wt.％的添加劑，混合均勻；

所述的添加劑為8-羥基喹啉(HQ)；

所述添加劑用量更優選為碳酸酯類普通電解液質量的0.05-1.5％。

本發明發明原理：8-羥基喹啉為具有螯合功能的有機化合物，含有H⁺的供體(-OH基團)和受體(-N＝基團)，能夠與電解液中的H₂O或HF形成配合物，減少HF生成或減少氟離子向溶劑分子的轉移反應，起到電解液穩定劑作用，提高電解液的抗氧化穩定性；同時，8-羥基喹啉優異的螯合性能能夠與已經從正極溶出的金屬離子形成螯合物，降低金屬離子在負極被還原的可能性，從而提高鋰離子電池循環性能。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：

(1)使用本發明的鋰離子電池功能性電解液添加劑能夠有效地改善鋰離子電池的循環性能尤其是高溫循環性能，同時能夠有效地將常規電解液的分解電位提高到5.0V；

(2)本發明所述添加劑成本低，具有較好的應用前景。

附圖說明

圖1為實施例1種LiFePO₄在普通電解液和含有添加劑的電解液中循環伏安曲線(掃描速度0.2mV/s)。

圖2為實施例2中含有添加劑的電解液與石墨負極的形容性測試圖(掃描速度5mV/s)。

圖3為實施例4中普通電解液和含有添加劑的電解液線性掃描伏安曲線(掃描速度5mV/s)。