[發明專利]一種鋰離子電池電解液及鋰離子二次電池

無效

• 申請號: 201110390402.3
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102394314A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 孔令麗;蘇志江;高俊奎;孫杰
• 申請（專利權）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 閆俊芬

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池電解液及鋰離子二次電池，特別涉及一種能改善鋰離子電池循環性能及低溫放電性能的鋰離子電池電解液及用該電解液制作的鋰離子二次電池。

背景技術

近年來，由于環境污染和能源匱乏的壓力，迫使各國努力尋找新的綠色、環保、可持續發展的能源。20世紀90年代出現的鋰離子電池以其電壓高、比能量高、循環壽命長、放電性能穩定、綠色環保等特點，被廣泛應用為便攜式電源。隨著鋰離子電池應用領域的拓展，對電池性能的要求也不斷提高，在一些特殊的場合，比如軍事、航天、航空等，對鋰離子電池的性能要求更為苛刻，這些性能要求主要體現在循環性能、低溫性能及安全性上。鋰離子電池電解液是決定這些性能的關鍵因素之一。

鋰離子電池以兩種能夠嵌/脫鋰的化合物作為正負極活性物質，目前商業化的正極活性物質一般為過渡金屬氧化物材料，如鈷酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸亞鐵鋰、尖晶石錳酸鋰等；負極活性物質一般為石墨類(包括天然石墨和人造石墨)和中間相碳微球MCMB等；電解液在鋰離子電池中起著輸送和傳導電流的作用，是連接正負極的橋梁。

電解液一般以非水有機酯類作為溶劑，以LiPF₆、LiBF₄、LiBOB和LiN(SO₂CF₃)₂等鋰鹽作為溶質。電解液的組成是決定鋰離子電池循環壽命、倍率性能、溫度放電性能及安全性能的關鍵因素。

常用的電解液溶劑有碳酸丙烯酯PC、碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲乙酯EMC等。目前商品化鋰離子電池電解液主要有二元或三元體系，環狀碳酸酯EC、PC等具有較大的介電常數和極性，能夠充分解離鋰鹽，但其黏度較大，降低了電解液中鋰離子的傳導系數，不利于電導率的提高；而鏈狀碳酸酯DMC、DEC、EMC等黏度較低，作為共溶劑可降低含有環狀碳酸酯電解液的黏度，提高電解液電導率。

PC作為鋰離子電池電解液的常用有機溶劑，在電池充放電過程中隨著Li+的嵌入，而嵌入碳負極材料，PC的特殊結構會導致材料剝離造成電池容量衰減，電池循環壽命縮短，因此目前商業用鋰離子電池電解液一般采用EC基電解液。在電池首次充電過程中，EC可在碳負極表面還原分解形成具有保護作用的SEI膜，阻止電解液進一步分解。但是EC熔點較高(36℃)，常溫下是固體，這又造成碳酸乙烯酯EC基電解液熔點相對較高，降低了鋰離子電池的低溫性能。

為了保證電池的循環性能和低溫性能，可以優化EC、PC的含量，同時在電解液中加入碳酸亞乙烯酯VC、氟代碳酸乙烯酯FEC等優先于EC還原的成膜添加劑，即通過提高電解液電導率和優化SEI膜性質來提高電池的循環性能和低溫放電性能。

發明內容

本發明針對鋰離子二次電池中存在循環性能和低溫放電性能不足的問題，提供一種可以提高鋰離子電池循環性能和低溫放電性能的功能性的鋰離子電池電解液及用該電解液制作的鋰離子二次電池。所述功能性的鋰離子電池電解液是指溶解有鋰鹽的有機溶劑或有機溶劑混合物形成的添加有少量功能性添加劑的具有一定離子電導率的混合體系。

本發明是這樣實現的，一種鋰離子電池電解液，包含有電解質鹽、非水有機溶劑及添加劑；所述添加劑中包含占鋰離子電池電解液總重量0.01％～20％的硅烷類磷酸酯添加劑；所述硅烷類磷酸酯添加劑的結構式如下：

其中，R₁～R₉為C_mH_n，1≤m≤6，1≤n≤13。

其中，所述電解質鹽濃度為0.4M～2M。

所述電解質鹽選自LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄、LiAsF₆、LiCFSO₃、LiN(SO₂CF₃)₂、LiBOB、LiODFB中的一種或幾種。

所述的非水有機溶劑包括但不限于碳酸酯類、羧酸酯類、醚類溶劑或酮類溶劑。所述非水有機溶劑至少包含有一種環狀碳酸酯和一種鏈狀(線性)碳酸酯，混合使用時各種成分的比例根據鋰離子電池性能的要求來調整；所述環狀碳酸酯選自PC、EC中的一種或兩種；所述鏈狀碳酸酯選自DMC、DEC、EMC、MPC、EA、甲酸丙酯、乙酸丙酯中的一種或多種。

優選的，所述硅烷類磷酸酯添加劑占鋰離子電池電解液總重量的0.2％～5％。