[發明專利]一種適用于鈦酸鋰電池的鋰離子電池電解液

在審

• 申請號: 201610190807.5
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105655633A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 劉朋朋;黃碧英;孫喜梅
• 申請（專利權）人: 龍能科技（蘇州）有限責任公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0567;H01M10/0569
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電解液技術領域，特別涉及一種適用于鈦酸鋰電池 的鋰離子電池電解液。

背景技術

近年來，由于全球環境污染和能源衰竭越來越嚴重，各國都在努力尋找新 的綠色、環保且可持續發展的能源。鋰離子電池具有電壓高、比能量大、循環 壽命長、放電性能穩定、安全環保等特點，在電動汽車、儲能等領域有十分廣 泛的應用前景。但是當今以石墨負極為基礎的鋰離子電池還普遍存在安全性方 面的問題，主要是因為石墨負極的嵌鋰電位與鋰的電位接近，鋰離子電池充電 過程中鋰可能會在石墨表面析出。此外，碳負極表面由于有固體電解質界面膜 (SEI)的生成導致相關電池的不可逆容量隨循環積累而降低。在一些碳負極與 某些電解液溶劑(如PC等)配合使用中，由生成SEI膜反應的產物插入到石墨 層促使其結構坍塌而導致電池失效；另外，石墨碳在充放電的過程中會有約10％ 的體積變化而導致活性材料之間以及與集流體發生脫離，極片失去電子傳導連 續性，最終電池壽命縮短，安全性降低。而鈦酸鋰嵌鋰電位高(1.55Vvs.Li/Li+), 故做負極時表面不會有鋰的析出，且鈦酸鋰在充放電過程中骨架結構基本不發 生變化，故被稱作是“零應變”材料，這一特點大大提高了相應電池的循環壽 命，同時也相應地提高了電池的安全性。再加上鈦酸鋰中鋰離子擴散系數比石 墨負極高的優點，在安全性和倍率性上較目前商業化的碳負極具有明顯優勢， 非常適合應用于快速充電型電動汽車。

然而鈦酸鋰電池中普遍存在著電池高溫脹氣問題，致使其循環性能衰減加 快，此種現象對軟包電池尤為嚴重，這樣會導致電池安全性能降低，因而制約 了它在動力及儲能領域中的大規模應用。引起鈦酸鋰高溫產氣的重要原因之一 是由于材料自身的催化作用誘導電解液中的有機溶劑發生化學分解反應產生大 量氣體。此外納米級的鈦酸鋰負極材料有較強的吸濕性，致使電池制作中易帶 入過量水分，LiPF₆的穩定性是在幾類電解質鋰鹽中比較差的，電解液中存在相 對較高含量的水分時，LiPF₆容易發生分解生成氫氟酸，碳酸酯類溶劑在大量氫 氟酸的存在下，更容易發生化學分解生成各種氣體分子，導致電池嚴重產氣。 因此，尋找解決鈦酸鋰電池脹氣的方法成為突破鈦酸鋰電池發展瓶頸的關鍵。

從電解液角度出發改善鈦酸鋰電池在長期使用和高溫環境下的脹氣問題成 為眾多研究者關注的焦點，為此，本發明由此而來。

相關專利中提到的方法主要有以下幾種：(1)使用改善電解液高溫性能的添 加劑，比如專利CN102903956B中將1,3-丙烷磺酸內酯(PS)作為添加劑使用；(2) 使用其它穩定性好的鋰鹽替代LiPF₆以減弱LiPF₆催化非水有機溶劑在鈦酸鋰 表面還原分解，比如專利CN102306830B中雙草酸硼酸鋰(LiBOB)的應用；(3) 添加控制電解液水分的添加劑以降低鈦酸鋰電池中水分含量，比如專利 CN103326065B中R-CO-CH＝N₂類物質在電解液中的使用。雖然通過以上幾種 方法的應用使電解液對鈦酸鋰電池的脹氣問題有一定改善，但是還未能完全達 到鈦酸鋰電池實際應用中對更高性能的需求。

發明內容

本發明提供了一種適用于鈦酸鋰電池的鋰離子電池電解液，其組分配比合 理，明顯改善了鈦酸鋰電池在長期存儲和高溫環境下的脹氣問題，并有效提升 了鈦酸鋰電池的綜合性能表現。

本發明采用的技術方案是這樣的：一種適用于鈦酸鋰電池的鋰離子電池電 解液，包括電解質鋰鹽、非水有機溶劑和鈦酸鋰負極保護添加劑。

上述一種適用于鈦酸鋰電池的鋰離子電池電解液中電解質鋰鹽由六氟磷酸 鋰(LiPF₆)和雙草酸硼酸鋰(LiBOB)組成，且二者之間的摩爾比為100～80:0～20， 非水有機溶劑以環狀碳酸酯：線性碳酸酯：醚類＝30～50:20～50:0～30的質量比均 勻混合而成，電解質鋰鹽與非水有機溶劑組成的混合鋰鹽溶液的濃度為 0.5～1.5mol/L，所述鈦酸鋰負極保護添加劑在電解液中的質量比例為 0.1％～10％。