[發明專利]鋰離子電池電解液及其制備方法與應用

無效

• 申請號: 201310218949.4
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103280599A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 廖川平
• 申請（專利權）人: 成都銀鑫新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/058
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所 51215
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電解液及其制備方法與應用，屬于電池領域。

背景技術

作為高效的二次能源，鋰離子電池已經廣泛應用在各種便攜式電子產品和電動工具上。目前鋰離子電池一般采用鈷酸鋰（LiCoO₂）作為正極材料，炭類材料作為負極材料，六氟磷酸鋰的碳酸酯溶液作為電解液；電池的放電平臺電壓大約在3.7V左右；這高于鎳氫電池或鎳鎘電池的1.25V和鉛酸電池的2.0V。一般說來，電池的電壓越高，則電池的容量也越高，電池的應用范圍也越廣。很多電動工具只有在高電壓下才能正常工作，例如目前電動自行車的工作電壓是36V。

為了進一步提高鋰離子電池的容量、擴大其應用范圍，人們一直在試圖開發具有更高放電電壓的鋰離子電池。參見“陳召勇等，‘不同原料對Li-Ni-Mn-O5V正極材料的結構和性能的影響’，無機化學學報，2005，21(9)：1417-1421”以及其它一些相關文獻，如果采用鎳錳酸鋰作為正極材料，則鋰離子電池的放電電壓可以達到4.0～4.6V，這高于目前鈷酸鋰電池的3.7V。合成鎳錳酸鋰正極材料的技術已經趨于成熟，這可以參考國內專利“奇瑞汽車股份有限公司，‘一種制備高電壓正極材料鋰鎳錳氧的方法’，CN201110062483.4”。從化學原理上講，也還可能存在其它的高電壓正極材料，例如相對于鋰電極4.8V的磷酸鈷鋰（LiCoPO₄）正極材料。

但目前鋰離子電池所用的六氟磷酸鋰/碳酸酯電解液的分解電壓只能達到4.3V左右，能夠滿足鈷酸鋰正極材料的要求；如果電池電壓高于該分解電壓，則碳酸酯溶劑或六氟磷酸鋰電解質將會在正極表面逐漸氧化分解，惡化電池的電化學性能，使得電池迅速自放電。開發具有高分解電壓的電解液，已經成為高電壓鋰離子電池能否實用化的關鍵。

雖然有些有機溶劑具有高的分解電壓，例如文獻“Xu等，‘LiBOB?as?Salt?for?Lithium-Ion?Batteries’，Electrochemical?and?Solid-state?Letters，2002，5(1)：A26-A29”所描述的砜類有機溶劑，但這些溶劑往往具有很大的粘度，或者電解質在其中的溶解度很低，使得這些有機溶劑所構成的電解液的導電性很差，不能夠實際應用于高電壓鋰離子電池。

鑒于以上情況，有關的研究方向已經轉向在普通的鋰離子電池電解液中加入添加劑，以提高電解液的分解電壓。文獻“Zhang，‘A?review?on?electrolyte?additives?for?lithium-ion?batteries’，Journal?of?Power?Science，2006，162：1379-1394”綜述了應用于鋰離子電解液的各種添加劑，其中簡要描述了用于保護正極材料的一類添加劑，包括胺化合物（丁胺）、酰亞胺化合物（N,N’-二環己基碳二亞胺）和氨基硅烷化合物（N,N’-二乙基氨基三甲基硅烷）。這些添加劑與鋰鹽一起，可以在正極表面形成保護膜。但該文獻沒有提及這些添加劑在高電壓下的穩定性，也未見有實際應用。