[發明專利]高電壓鋰電池電解液及包含此電解液的高能量鋰電池

無效

• 申請號: 201410353908.0
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104124468A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 張亮;張蘭;董陶;蔡迎軍;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0569;H01M10/0568;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高電壓鋰電池電解液和應用此高電壓電解液的高能量鋰電池，屬于鋰電池及電池電解液技術領域。

背景技術

隨著我國經濟的高速增長，科學技術也得到了迅猛發展，帶動了電子工業和汽車工業的飛速前進，由電池提供動力的各種電器和汽車也蓬勃發展起來。在鋰離子電池誕生之前，一直是鉛酸電池、鎳鎘電池和鋅錳電池占據著絕大部分的市場，也對我們的生活環境造成了不可逆轉的破壞，電池的無序管理和隨意拋棄，使得我們賴以生存的土地和地下水造成污染。據研究，一顆鎳鎘AA型電池可污染數平方公里的土地，然而鋰離子電池不含重金屬，可以多次使用，壽命達三年甚至十幾年，降低了對環境的影響。從九十年代起，至今鋰離子電池經過二十多年的發展，其憑借工作電壓高、循環壽命長及充放電速度快等優勢逐步建立了廣大的市場，在小型電子產品如手機、電腦、電動工具等領域有著重要的作用，在電動汽車和儲能領域也逐步建立起了“統治地位”。這些領域要求電池可以提供更高的能量密度，而通過提高電池的工作電壓是提升電池能量密度的有效途徑之一。

目前，動力型的鋰離子電池成為以電動汽車為代表的電動交通工具的主要動力源之一。磷酸鐵鋰電池因為具有很好的安全性而被市場看好，然而其價格較貴且比能量僅有100Wh/kg～130Wh/kg，作為家庭電動汽車的電池動則數十千瓦時的容量，其使用成本必然非常高。以三元材料為正極的鋰離子電池的比能量可達190Wh/kg～210Wh/kg，成本也較磷酸鐵鋰稍低，因此，電動車輛用電池開始向三元體系轉變。國務院在2012年頒布的《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》明確規定：“到2015年，動力電池模塊比能量達到150Wh/kg以上，成本降至2元/Wh以下，到2020年，動力電池模塊比能量達到300Wh/kg以上，成本降至1.5元/kg以下”。可以預見高電壓鋰電池將是將來電動汽車的主流發展方向。

目前市場上鋰離子電池的正極材料中鈷酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰材料形成了三分天下的局勢，充電截止電壓最高一般不超過4.25V，磷酸鐵鋰為3.7V，而充電電壓超過4.3V的鋰離子電池中，正極材料的氧化能力也隨之增強，極易導致電解液在正極材料表界面發生氧化反應，繼而會產生大量氣體，造成電池內壓增大，電池發生鼓脹，其中也不乏可燃性氣體，如H₂、烯烴氣體等，影響電池的使用安全，也降低了電池的使用壽命。而充電電壓超過4.5V的電池(以LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiCoPO₄等材料為代表的高電壓正極材料的放電電壓可高達4.6V～4.75V，充電上限電壓可達4.95V)更是存在電解液分解、電池鼓脹嚴重、電池循環壽命短等各種難題，限制了高能量密度電池的使用和發展。

由于目前國際上對鋰離子電池電解液與電極材料表界面之間的反應機理依然沒有較好的科學解釋和數學模型，使得研發高電壓電解液也受到了一定阻礙，但各種原位測試手段的不斷出現，人類對鋰離子電池的機理反應也更加深入，研發能夠耐受高電壓且與電極材料具有良好相容性的電解液成為研究趨勢之一。

因此，本發明人通過大量的實際實驗測試，通過使用具有耐氧化性高的溶劑和添加可以在正負極表界面形成具有優良抗氧化性的SEI膜的物質來抑制電解液與正極表面持續發生氧化反應，可以阻止電池使用中由于電解液的分解產生大量氣體引起的鼓脹行為，在提升電池工作電壓的同時，也提高了電池的安全使用性能。

發明內容

鑒于背景技術存在的問題，本申請的目的在于提供一種鋰離子電解液及應用該電解液的鋰離子電池，能夠在提高電池能量密度的同時，也可較好地抑制電解液在電極表面的氧化反應，提高電池的使用壽命，從而可以提升高壓高能量密度電池的商業化實用性。

為了實現上述目的，本申請的技術方案如下：

在本申請的第一方面，本申請提供了一種高電壓鋰電池電解液，其包含非水有機溶劑、鋰鹽、添加劑。其中，非水有機溶劑包括氟代酯類、有機碳酸酯類、羧酸酯類。

以非水有機溶劑及添加劑總量占比為100％計，氟代酯類有機溶劑所占比為0％～50％，有機碳酸酯類占比為30％～90％，氟代羧酸酯所占比為0％～40％，添加劑總量占比為0.01％～10％。電解質鹽至少含有LiDFOB，可以與LiPF6、LiBOB、LiTFSI混合使用，鋰鹽總濃度為0.05mol/L～1.5mol/L。

所述添加劑為PS和丁二腈、戊二腈、己二腈中的一種。

所述鋰鹽至少包含LiDFOB。