[發(fā)明專利]一種鋰離子電池電解液

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410392575.2
• 申請日: 2014-08-11
• 公開（公告）號: CN104124469A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張忠如;卞鋒菊;楊勇
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0569
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其是涉及具有改進(jìn)的低溫放電特性和高溫儲存特性的一種鋰離子電池電解液。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池由于具有高電壓、高能量密度等優(yōu)點(diǎn)，已成為應(yīng)用范圍最廣的二次電池之一。隨著鋰離子電池市場化不斷深入，人們對電池性能的期望越來越高，其溫度性能的提升需求也越來越緊迫。

電解液在正負(fù)極之間起著傳導(dǎo)鋰離子的作用，直接影響到電池的充放電性能。分析電解液的組分，常用的溶劑主體大多數(shù)是環(huán)狀碳酸酯(如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯)和鏈狀碳酸酯(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等)的混合物。在這些溶劑中，環(huán)狀碳酸酯溶劑的介電常數(shù)較高，增加了電解質(zhì)鋰鹽的解離程度，其在電解液中是必不可少的。目前在商用鋰離子電池電解液中最常用的環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯。但是，碳酸乙烯酯熔點(diǎn)相對較高(39℃)，在溫度較低時(shí)，會發(fā)生凝固，在低溫使用時(shí)效果不佳，因此尋找液相范圍更寬的其它環(huán)狀酯類替代EC，會大大提高電池的低溫性能。而碳酸丙烯酯具有低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、高介電常數(shù)等特點(diǎn)，是用于低溫電解液的更優(yōu)選擇。但是目前鋰離子電池所使用的負(fù)極大多為層狀的石墨類碳負(fù)極，而碳酸丙烯酯在充電時(shí)會嵌入石墨類碳負(fù)極的層間，破壞碳負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電池性能下降，因此當(dāng)在鋰離子電池電解液中大量使用碳酸丙烯酯時(shí)需要使用合適的電解液添加劑。

鏈狀碳酸酯(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等)具有較小的粘度，在降低電解液粘度、提高鋰離子運(yùn)動速度方面不可或缺。和鏈狀碳酸酯相比，鏈狀羧酸酯溶劑(如乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸甲酯等)具有更低的熔點(diǎn)、更低的粘度。在電解液中用鏈狀羧酸酯替代或者部分替代鏈狀碳酸酯，能夠?qū)㈦娊庖旱哪厅c(diǎn)進(jìn)一步降低，有利于降低電解液的粘度，提高電解液的低溫電導(dǎo)率。

關(guān)于完全使用丙烯碳酸酯替代乙烯碳酸酯的應(yīng)用有相關(guān)專利，如中國專利201210569711.1和201010267449.6，但是相關(guān)專利適用的范圍是非石墨基負(fù)極電化學(xué)器件。本發(fā)明所述電解液在能夠在石墨基負(fù)極電池中應(yīng)用。中國專利201310031161.2涉及線性羧酸酯在電解液中的應(yīng)用，但相關(guān)專利所使用的環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯。中國專利201010612413.7涉及了添加劑VES，有利于穩(wěn)定的SEI膜形成，但相關(guān)專利實(shí)施例中所使用的電解液體系仍然為碳酸乙烯酯體系。綜上，為了提高石墨負(fù)極電池的低溫性能，將丙烯碳酸酯完全替代乙烯碳酸酯，并使用羧酸酯類溶劑，同時(shí)兼顧電池高溫性能，在目前發(fā)表的文章和專利中尚未見到與本發(fā)明類似的介紹。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供可改善電池低溫放電性能和高溫儲存性能的一種鋰離子電池電解液。

本發(fā)明含有有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，所述有機(jī)溶劑的組成包括碳酸丙烯酯(PC)、鏈狀羧酸酯和鏈狀碳酸酯，按質(zhì)量百分比的組成為碳酸丙烯酯(PC)24％～58％，鏈狀羧酸酯9％～58％，鏈狀碳酸酯0～26％，鋰鹽9％～16％，添加劑2％～10％，總組成為100％；所述添加劑選自碳酸亞乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、乙烯基碳酸亞乙烯酯(VEC)、亞硫酸乙烯酯(ES)、乙烯基亞硫酸乙烯酯(VES)、亞硫酸丙烯酯(PS)、硫酸二甲酯(DMS)、硫酸丙烯酯(TMS)等中的至少一種。

所述鏈狀羧酸酯可選自乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)或丁酸乙酯(EB)等中的至少一種。

所述鏈狀碳酸酯可選自二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯、碳酸丁烯酯等中的至少一種。

所述鋰鹽可選自六氟磷酸鋰(LiPF₆)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)、雙草酸硼酸鋰(LiBOB)、二氟草酸硼酸鋰(LiODFB)等中的至少一種，優(yōu)選六氟磷酸鋰(LiPF₆)。