[發明專利]一種高電壓鋰離子電池的非水電解液

有效

• 申請號: 201310470794.3
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103579676A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 王霹霹;陳性保;戴曉兵
• 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。

[背景技術]

鋰離子電池因其具有工作電壓高、能量密度高、環境友好、循環穩定、安全等優點，被廣泛應用于筆記本電腦、手機、MP4等等各種電子設備中。但隨著電子設備中電池容量的提高，人們對鋰離子電池的工作電壓和能量密度也提出了更高的要求。

為了提高鋰離子電池的能量密度，科研工作者進行了大量的研究工作。主要集中在研發充放電平臺更高的新型正極材料，如尖晶石氧化物LiNi0.5Mn1.504，富鋰材料Li1.2Ni0.2Mn0.602，橄欖石結構的LiCoPO4等。另外一種方法是提高傳統正極材料的充電截止電壓，隨著工作電壓及充電截止電壓的提高，正極材料的氧化活性提高，正極活性物質與電解液的反應也隨之加速，導致電池在高電壓下氣脹嚴重，循環性能降低，嚴重制約了正極材料性能的發揮。

隨著工作電壓的升高及充電截止電壓的升高，高電壓電池在低溫充電時，或者電池進行過充時，過多的鋰離子從正極材料中脫出嵌入到負極材料表面鋰就很容易形成鋰枝晶，進一步會刺穿隔膜導致電池的短路，電解液組分發生不可逆的氧化分解，并釋放出大量的熱，致使電池內部壓力和溫度急劇上升，引起電池的漏液、起火、燃燒甚至爆炸，使電池的安全性能變差，高電壓鋰電池的安全性能有待進一步的解決。

[發明內容]

本發明要解決的技術問題是提供一種具有充放電循環性能優良、安全性能好、具有較高的充電截止電壓的高電壓鋰離子電池的非水電解液。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，一種高電壓鋰離子電池的非水電解液，由溶劑、鋰鹽、氟代阻燃劑和成膜添加劑組成：其中，環狀碳酸酯和/或鏈狀碳酸酯占溶劑總質量的30-95%，氟代溶劑質量占溶劑總質量的5-70%，鋰鹽在氟代溶劑、環狀碳酸酯和/或鏈狀碳酸酯形成的混合液中的摩爾濃度為0.8-1.5mol/L；氟代阻燃劑的質量為溶劑質量的1-30%；成膜添加劑的質量為溶劑質量的1-8%。

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、氟代碳酸乙烯酯或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。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，所述的氟代溶劑為氟代碳酸乙烯酯FEC、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、二氟甲基-2,2,2-三氟乙基醚,1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚中的至少一種。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，所述的氟代阻燃劑為三（1,1,1,3,3,3-六氟異丙基）磷酸酯、三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯，三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯，二（2,2,2-三氟乙基）甲基磷酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯或六氟環三磷腈中的至少一種。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，所述鋰鹽為LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、LiCF3SO2、LiN(CF3S02)2、LiBOB，LiDFOB、LiPF4C204或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，所述的成膜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，己二腈或丁二腈中的至少一種。

以上所述的高電壓鋰離子電池的非水電解液，三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯按以下方法制備：三（1,1,1,3,3,3-六氟異丙基）磷酸酯按以下方法制備：將500毫升乙醚與175克的1,1,1,3,3,3-六氟異丙醇混合、攪拌；溶液澄清透明后加入8.28克固體氫化鋰溶液，在室溫下反應，將反應混合物冷卻至0-5℃，將53.21克三氯氧磷加入，80℃回流，得到三（1,1,1,3,3,3-六氟異丙基）酯，磷酸，過濾除去沉淀后，通過蒸餾回收。

本發明高電壓鋰離子電池的非水電解液采用高閃點、無閃點的氟代溶劑，可以顯著提高電解液溶劑的閃點，氟代溶劑與氟代阻燃劑二者可以協同改善高電壓下鋰電池的阻燃效果，徹底的防止電池濫用，及過充而導致的起火、燃燒、爆炸等安全隱患。

[具體實施方式]

在本發明的技術方案中，非水電解液包括非水溶劑、溶質、氟代阻燃劑和成膜添加劑。