[發明專利]一種電解液及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410455961.1
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104332649A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 何丹農;王丹;張春明;吳曉燕;嚴鵬;楊揚;黃昭
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術領域

本發明涉及一種電解液及其制備方法和應用，屬于電化學領域。

背景技術

目前鋰離子電池使用的電解液溶劑幾乎全部是以碳酸乙烯酯(EC)為主要組分的混和溶劑。但是EC本身的熔點較高，這很大程度的限制了鋰離子電池在低溫條件下的性能。隨著科技的迅猛發展，對鋰離子電池的低溫使用范圍和性能提出了很高的要求，因此鋰離子電池的低溫性能是必須解決的迫切問題之一，電解液的主要組成對鋰離子電池性能的擴展格外重要。其中以碳酸丙烯酯(PC)為溶劑的電解液體系為解決該問題提供了一種可行的途徑。

PC的熔點比EC低得多，約為-49^oC，具有優良的低溫性能，而且其電導率更高，價格也便宜，因此被認為是最合適的用于低溫電解液的溶劑。但是以PC為主要溶劑組分的電解液與高度石墨化的碳電極材料的相容性差，充放電效率低，其主要原因是PC在石墨電極的表面發生分解，不能形成致密、有效的SEI膜，最終導致石墨電極的剝離，發生粉化，致使石墨電極可逆容量明顯下降甚至是循環性能的完全喪失，因此一般認為PC電解液不適合用于石墨化材料作為負極的鋰離子電池中。

成膜添加劑是其在石墨等負極材料表面優先還原，形成SEI膜的一類電解液添加劑。通過在PC基電解液中加入成膜添加劑，可以使石墨化碳材料在PC基電解液中具有良好的電化學性能，從而起到改善鋰離子電池低溫性能，擴展鋰離子電池使用范圍的作用。目前，研究使用的成膜添加劑主要有：以CO₂、SO₂為代表的氣體、以LiCO₃為代表的固體及以碳酸亞乙烯酯（VC）、亞硫酸乙烯酯、氰基呋喃等為代表的液體添加劑。但是，固體和氣體添加劑存在溶解度低的問題，因此限制了其作用的發揮。而液體添加劑則往往存在穩定性和毒性方面的問題，這些問題限制了石墨電極在PC基電解液中的，從而最終限制了鋰離子電池在低溫條件下的應用。

發明內容

????為克服現有技術得不足，本發明提供一種電解液及其制備方法和應用。

一種電解液的制備方法，其特征在于，在碳酸丙烯酯（PC）基電解液中通過加入添加劑，促進石墨負極在碳酸丙烯酯基電解液中生成固體電解質界面膜；

上述添加劑具體為吡咯環上氮位的一元取代化合物，其特征為取代的基團必須是含有不飽和鍵的官能團，具體地，取代基團是碳原子數在2-10之間，含有不飽和鍵的烯基、亞烯基、炔基、醛基、酯基、酮基、氰基、偶氮化合物、苯基及苯基取代物；添加劑為具有以上結構式的一種或多種的化合物的組合；添加劑在碳酸丙烯酯基電解液中的質量分數為0.5%-5%。

所述的含有添加劑的碳酸丙烯酯基電解液是指以碳酸丙烯酯為唯一或主要溶劑組成的電解液體系，即以純碳酸丙烯酯作為溶劑的電解液，或是碳酸丙烯酯與碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的二元或多元混合溶劑，其中碳酸丙烯酯在溶劑中的質量分數為50%-99.5%。

一種電解液，根據上述任一所述方法制備得到。

一種電解液在鋰離子電池中的應用。

一種采用含有添加劑的PC基電解液組裝的鋰離子電池，由于添加劑的加入可以使石墨在PC基電解液中形成SEI膜，并且PC是電解液溶劑中的主要或唯一成分，電解液體系的熔點大幅度降低，因而采用這種含有添加劑的PC基電解液組裝的鋰離子電池具有較好的低溫性能。

附圖說明

圖1是石墨電極在采用實施例1所得的電解液中的循環性能曲線。

圖2是石墨電極在采用實施例2所得的PC基電解液中循環20次后的FT-IR譜圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1：

在手套箱內配制PC與DMC質量比為1:1的LiPF₆濃度為1mol/L的PC基電解液500ml，混勻靜置。在9.5克該種電解液中加入0.5克乙烯基吡咯，混勻靜置。得到含有添加劑的PC基電解液，添加劑的含量為5wt%。

石墨電極的制備：將一定量的中間相炭微球石墨負極材料（CMS）、導電劑乙炔黑和粘結劑聚偏氟乙烯（PVDF）按照一定比例研磨混勻后，加入一定量的N-甲基吡咯烷酮（NMP），得到均勻的漿料，涂覆在銅箔上在120^oC真空條件下烘12小時，碾壓后得到負極極片。