[發明專利]一種降低石墨副反應的鋰離子電池電解液及其評價方法

在審

• 申請號: 201810500835.1
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108695554A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 武建飛;孫士美;劉濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種能夠降低石墨副反應的鋰離子電解液及評價方法。所述鋰離子電池的電解液包括鋰鹽及有機溶劑。所述電解液包括環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯。所述鋰離子電池包括前述鋰離子電池電解液。本發明的鋰離子電解液能夠抑制碳酸丙烯酯與石墨的反應，顯著提高鋰離子電池的循環性能和倍率性能，而且可以顯著改善鋰離子電池的低溫性能，同時，本發明工藝簡單，重復性好，可廣泛應用于實際生產中。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種能夠降低石墨副反應的鋰離子電池電解液及其評價電解液的方法。

背景技術

鋰離子電池電解液被稱為電池的“血液”，是連接正負極的橋梁，在電池內部起著傳輸離子的作用，很大程度上影響電池的循環性能、倍率性能及安全性等。一方面，液態電解質作為離子導體使Li⁺在正負極之間傳輸，另一方面參與負極表面SEI膜的成膜反應。電解液的化學性質必須穩定，電化學窗口寬，且成膜特性好，在石墨材料表面能形成致密穩定的鈍化膜。

電解液主要由鋰鹽、有機溶劑及添加劑組成，通常會在電極表面形成穩定的SEI膜。良好的SEI膜能降低鋰離子電池的不可逆容量，改善循環性能，增加嵌鋰穩定性和熱穩定性，在一定程度下有利于減少鋰離子電池的安全隱患。目前，鋰離子電池商業電解液中使用的鋰鹽是 LiPF₆。常用有機溶劑包括環狀碳酸酯和線性碳酸酯。環狀碳酸酯主要包括碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）和鹵代碳酸酯。常見的線性碳酸酯主要包括碳酸二乙酯（DMC），碳酸二甲酯（DEC），碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸甲丙酯（MPC）等。線性碳酸酯粘度和熔點低，常和環狀碳酸酯配合使用，彌補環狀碳酸酯高粘度和熔點的缺陷。

PC溶劑應用于鋰離子電池具有諸多優點，例如熔點低、沸點高、電位窗口寬，能提高鋰離子電池高低溫性能以及安全性好、價格低等優點，且與許多正極材料具有較好的相容性。然而，PC分子與石墨類負極材料的相容性較差，易與鋰離子一起嵌入石墨層間，造成石墨材料的結構剝離，進而使石墨電極的可逆容量下降，這是制約PC用于鋰離子電池的重要障礙。尋找抑制PC嵌入石墨的方法，從而使PC作為溶劑的主要組分，對提高鋰離子電池的高低溫性能具有重要意義。

通常可以從石墨材料改性和電解液配方兩個方面改善PC系電解液性能。石墨材料表面改性在一定程度上可以降低不可逆容量損失，增大電極界面SEI膜的穩定性，但是不能根本上改善電解界面SEI膜熱力學穩定性。因此改善PC系電解液通常通過優化電解液組分，選擇合適的溶劑、鋰鹽及其相關添加劑。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的是提供一種可以降低石墨副反應的鋰離子電池電解液及其評價電解液的方法，所述的鋰離子電解液有效降低了石墨的副反應，提高了鋰離子電池的循環穩定性。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

本發明的第一方面，提供一種可以降低石墨副反應的鋰離子電池改性電解液及其制備方法，包括有機溶劑和電解質鋰鹽。

優選地，所述有機溶劑是指環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯中的一種或多種；

優選地，所述環狀碳酸酯是指環狀碳酸酯中的碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯γ-丁內酯、γ-戊內脂中的至少一種，更優選碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯；鏈狀碳酸酯是指乙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的至少一種；

優選地，所述有機溶劑的體積配比為：環狀碳酸酯，包括碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯溶劑的體積比為1：（5~8）；環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯溶劑的體積比為1：（1~3）；

優選地，所述電解質鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰中的至少一種；

優選地，所述電解質鋰鹽在有機溶劑中的濃度為0.8-1.5mol/L；

優選地，所述電解液中， 碳酸丙烯酯的含量控制在10%以下