[發明專利]非水電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池

有效

• 申請號: 201410315328.2
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104051788A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 仰永軍;李斌;陳衛;萬華平
• 申請（專利權）人: 東莞市凱欣電池材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞市冠誠知識產權代理有限公司 44272
• 代理人: 張作林

技術領域

本發明涉及鋰電池制備領域，具體涉及一種非水電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因其具有優良的特性(工作電壓高、比容量高、循環壽命長、與環境友好以及無記憶效應)而成為目前發展最快亦最受重視的新型高能蓄電池。鋰離子電池在結構上主要由正、負電極材料，以及含有鋰鹽的非水電解液組成。

鋰離子電池有機電解質發展至今，應用最廣泛的是將導電鋰鹽LiPF₆溶解在有機碳酸酯溶劑中，如：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙稀酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等混合溶劑。鋰離子電池所采用的負極材料主要分為兩類：一類是可脫嵌鋰的金屬化合物(金屬單質、氧化物及鋰的合金等)，另一類是碳素材料，如可脫嵌鋰的焦炭、人造石墨、天然石墨及中間相炭微球等。但是，非水電解液在電池充電的過程中會在負極表面發生還原分解，產生分解物及氣體覆蓋甚至破壞負極材料，因而增大電池的不可逆容量和降低電池的循環壽命。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰(LiCoO₂)、錳酸鋰(LiMn₂O₄)，磷酸鐵鋰(LiFePO₄)，以及二元/三元復合物等。這些材料的工作電壓都在3.6V以上，有機電解液容易發生氧化反應。另外，電池在高溫下以及一些過渡金屬元素的催化作用下，非水電解液在正極上的氧化分解會進一步加劇，甚至破壞正極材料，使過渡金屬元素溶出。另外，分解產生的固體分解物或氣體將覆蓋在電極表面或引起電池膨脹，阻礙鋰離子的遷移，惡化電池的電化學性能。

研究發現，通過改善鋰離子電池電極/電解液界面性質，可以有效解決鋰離子電池非水電解液的相關問題。鋰離子電池電解液功能添加劑具有“用量小、見效快”的特點而廣泛研究者的關注。如中國專利ZL200410064039.6公開了在鋰離子電池的非水電解液中使用了有機硫醚化物，揭示了有機硫醚化物能夠抑制初始充電過程中的氣脹問題，以及減小鋰離子電池在室溫循環和高溫存儲后的體積膨脹問題。但是，含該物質功能電解液制備的鋰離子電池，其首次充放電過程中損耗較多的Li⁺，導致庫倫效率較低，影響了電池的電化學性能。

發明內容

鑒于背景技術所存在的問題，本發明的目的在于提供一種非水電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池，該電解液能改善電池電極/電解液界面性質，提高有機電解液的穩定性和鋰離子電池的充放電效率，抑制電池在室溫循環和高溫存儲后的氣脹問題。這些性質保證了鋰離子電池具有良好的循環壽命、以及高電壓、高低溫的性能。

本發明的另一目的在于提供一種鋰離子電池。

本發明通過以下技術方案實現：

非水電解液，包括有機溶劑、導電鋰鹽和添加劑，其中：所述有機溶劑選自環狀碳酸酯溶劑、芳香烴溶劑和線性溶劑的一種以上，所述添加劑為取代二硫雜環衍生物，結構式如下：

其中R1-R4為氫、鹵素、C1-C6的烷基及其鹵代烷基、C1-C4腈基、C1-C6的烯基、烷氧基、羧基、苯環、鹵代苯的任一種。

所述導電鋰鹽在有機溶劑中的濃度為0.8-1.5mol/L，所述添加劑的用量為有機溶劑重量的0.1-10％。

R1-R4至少有一個為氟原子或氟代烷基。

所述取代二硫雜環衍生物為2,2,4,4-四氟-1,3-二硫雜環丁烷。

所述環狀碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁內酯和γ-戊內酯一種以上。

所述芳香烴溶劑為苯、氟苯、二氟代苯、甲苯、三氟代苯、二甲苯的一種以上；所述線型溶劑為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲丙酯、醚類和氟代醚的一種以上。

所述導電鋰鹽為LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、LiClO4、Li(CF3SO2)2N、LiC(CF3SO2)3中的一種以上。

還包括常用添加劑，所述常用添加劑為碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、氟代碳酸乙烯酯、丙磺酸內酯、丁磺酸內酯、己二腈、丁二腈、LiBOB、LiODFB等中的一種以上，所述常用添加劑占非水電解液總質量的0.1-5％。

一種電解液制備方法，電解液的配制方法是：

(1)將有機溶劑按比例混合后用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水；

(2)在室溫條件下，將導電鋰鹽溶解在上述有機溶劑中，并攪拌均勻；

(3)加入常用添加劑，并攪拌均勻。