[發明專利]用于鋰離子電池的高壓電解液及其制備方法

無效

• 申請號: 201210003911.0
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102569888A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張鎖江;汪志華;蔡迎軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰電池電解液，更具體地，本發明涉及高電壓并提高電池電化學性能的鋰電池電解液。

背景技術

由于高技術電子工業的發展，電子設備變得更小和更輕，從而導致便攜式電子儀器使用的增加。對鋰二次電池的研究正在積極地進行，以便滿足日益增加的對高能量密度電池的需要，所述電池用作這些便攜式電子儀器的電源。

目前所使用的鋰離子電池正極材料如LiCoO₂、LiMn₂O₄以及新型的鎳鈷錳三元材料的電壓大約為4V，限制了電池的功率，而且鋰離子電池用鈷系正極材料由于鈷資源稀少導致價格昂貴，不可能廣泛用于大型動力工具上。錳酸鋰雖然因錳資源豐富而價格相對便宜，且安全無污染，但其高溫循環穩定性差容量衰減嚴重的問題還沒有得到很好的解決，使其商品化受到限制。

在對LiMn₂O₄改性研究中發現由過渡金屬取代的錳酸鋰LiMn_2-XM_xO₄(M＝Cr，Co，Ni，Cu，Fe，Mo，V)的循環性能明顯優于LiMn₂O₄，而且隨著過渡金屬摻雜量的增加，材料在5V附近出現另一個放電平臺。在這些尖晶石LiMn_2-XM_xO₄材料中，LiMn_1.5Ni_0.5O₄因具有較好的循環性能和相對較高的容量而受到廣泛關注。其理論容量為147mAh/g，能量密度為690Wh/Kg。

作為開發中的正極材料，鎳錳酸鋰存在的核心問題主要是：需要有能在高電壓下穩定工作的電解液。由于歷史的原因，現在廣泛使用的LiPF₆電解液的主要應用領域是以鈷酸鋰為正極，以石墨為負極的鋰離子電池，這類電池的工作電壓最高也只能達到4.2V，所以電解液體系的設計也一般只能保證在4.5V以下的范圍內穩定使用，而鎳錳酸鋰的最高充電截止電壓可達5.2V，因此常規電解液在此條件下的氧化分解問題變得明顯起來。正極電位的提高也意味著負極區域的還原性環境增強，這也導致了鎳錳酸鋰匹配傳統的石墨負極后表面SEI膜形成的動力學發生變化，而不能形成有效的SEI膜隔離電解液和碳材料，則負極材料的循環壽命也大大降低。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種用于高電壓鋰離子電池的電解液，其可以改進以鎳錳酸鋰為主的高電壓鋰離子電池的安全性和電化學性能。

另一方面，本發明提供用于配制高電壓鋰離子電池電解液的制備方法。

為了實現上述方面，本發明提供一種高電壓鋰離子電池電解液，其中該電解液包括鋰鹽，非水有機溶劑，及添加劑，該添加劑包括a)下面式(1)所示的化合物，及b)選自下列的化合物：砜基化合物，氟代化合物，酸酐以及醚內化合物，及其混合物：

其中R為C1～C10烷基，C1～C10烷氧基，或C6～C10芳基，優選甲基、乙基或甲氧

基，X為鹵素，且m和n為1～5的整數，其中m+n小于等于6。

第二添加劑化合物b)選自砜基化合物，氟代化合物，酸酐以及醚內化合物，及其混合物。

所述砜基化合物如下面式(2)～(4)所示：

式中R2和R3獨立選自一級、二級或三級烷基，鏈狀烯基，或芳基；并優選C1～C4烷基，C2～C4鏈狀烯基，或C6～C14芳基，

式中P為0～3，

所述砜基化合物優選二甲砜，乙烯基砜，苯基砜，四亞甲基砜，丁二烯基砜和環丁砜中一種或兩種以上的混合物。

本發明的高電壓鋰離子電池電解液，其中(1)所示的化合物添加劑為0.1～50質量分數。

本發明的高電壓鋰離子電池電解液，其中該砜基化合物為0.01～10質量分數。

本發明的高電壓鋰離子電池電解液，其中該氟代化合物為0.1～50質量分數。

本發明的高電壓鋰離子電池電解液，其中該酸酐以及醚內化合物為0.1～50質量分數。

通過以下說明并結合附圖，本發明的其它特征和/或優點將會更加顯而易見，在附圖中，相同的附圖標記始終代表相同或相似的部件。

附圖說明

圖1分別是本發明實施例1和實施例2的電池的循環伏安圖；

具體實施方式