[發明專利]一種高電壓鋰離子電池的非水電解液及其制備方法

有效

• 申請號: 201310250342.4
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103354297A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 王霹霹;戴曉兵;陳性保;梁洪耀
• 申請（專利權）人: 珠海市賽緯電子材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567
• 代理公司: 深圳市興科達知識產權代理有限公司 44260
• 代理人: 杜啟剛

技術領域

本發明涉及鋰離子電池的電解液，特別涉及一種高電壓鋰離子電池的非水電解液及其制備方法。

背景技術

隨著能源與環境問題的日益突出以及現代科技的快速發展,社會對電池的性能提出了更高的要求。鋰離子電池以其工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電小、無記憶效應和“綠色”環保等優點而成為移動電源的首選。鋰離子電池以其工作電壓高、能量密度大和循環壽命長等優點，成為目前新能源領域的研究熱點。到目前為止,絕大多數已經商品化的鋰離子電池都是采用鈷酸鋰作為正極材料，由其制成商品化鋰離子電池的工作電壓為3.?7V，充電截止電壓為4.2V，不能滿足目前人們對鋰離子電池的要求。因此，提高鋰離子電池的能量密度顯得更加迫切。提高鋰離子電池的能量密度的方法主要的方法是提高電池的工作電壓。從理論上來說，可以從正負極材料及其匹配的電解液方面對電池進行改善，從而提高鋰離子電池的工作電壓及電池的容量。發充放電平臺更高的新型正極材料。

高電壓鈷酸鋰材料相對于常規的鈷酸鋰具有較高的克容量、較高的壓實密度、良好的加工性能、較好的倍率性能和循環性能、較高的性價比及安全性能，是較為性價比高的高電壓鋰電池材料，高電壓鈷酸鋰材料可以充電至4.3V-4.7V。以高電壓鈷酸鋰為正極，石墨為負極的電池為例，當全電池工作電壓為4.2V時，鈷酸鋰的放電克容量為140mAh/g，當工作電壓提高至4.35V時，鈷酸鋰的克容量為163mAh/g，放電克容量約提高10%，因此通過提高高電壓鈷酸鋰材料的充電截止電壓可以很經經濟的提高電池的能量密度。目前已經有不少與之適應的高電壓電解液已經應用到高電壓鈷酸鋰電池中，其常溫循環性能可以與普通的鈷酸鋰電池相媲美，并且電池容量有大幅度的提升。但是，高電壓鈷酸鋰電極的低溫性能差，尤其是在零度低溫充電時會出現大量的金屬鋰在負極析出，由此會帶來巨大的安全隱患，可能會導致電池爆炸等事故的發生。

由此，急切需要研發出能改善高電壓鈷酸鋰材料制成的電池低溫出現析鋰問題的非水高電壓電解液體系。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高電壓鋰離子電池的非水電解液及其制備方法，以克服在低溫條件下在電池負極析鋰和在高電壓條件下循環性能差的問題。

為了解決這些技術問題，本發明的技術方案是，一種高電壓鋰離子電池的非水電解液，包含以下組分：環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、鋰鹽和添加劑；其中，環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯按質量比1：?1～3混合，鋰鹽在環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯形成的混合液中的摩爾濃度為0.8～1.5mol/L；添加劑為氟化醚類化合物；添加劑的質量為溶劑質量的0.01～10%。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，所述的環狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和γ-丁內酯中的至少一種。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，所述的鏈狀碳酸酯為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯或碳酸乙丙酯中的至少一種；所述鋰鹽為LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、LiCF3SO2、LiN?(CF3S02)2、LiBOB，LiDFOB、LiPF4C204和LiN?(C2F5S02)2中的至少一種。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，所述鋰鹽的濃度為0.8～1.?5mol/L。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，所述的添加劑選自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚（CAS：406-78-0）、二氟甲基-2,2,2-三氟乙基醚（CAS:1885-48-9）,?2,2,2-三氟乙醚(CAS:?333-36-8),1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚（CAS：16627-71-7）其中一種或者二種及以上的混合物。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，還包含常用添加劑，常用添加劑為碳酸亞乙烯，乙烯基碳酸乙烯醋，1，3-丙烷磺酸內酯，1,4-丁磺酸內酯，氟代碳酸乙烯酯（FEC），己二腈和丁二腈（SCN）中至少一種；常用添加劑的含量為溶劑總質量的1%-8%。

一種上述高電壓鋰離子電池的非水電解液的制備方法，包括以下步驟：

(1)將環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯按質量比1：?1～3混合，得到非水溶劑；

(2)?將鋰鹽溶解于步驟(1)得到的溶液中，鋰鹽的摩爾濃度為0.8～1.5mol/L，得到鋰離子電池的非水電解液。