[發明專利]一種以磷酸鉍為正極材料的鋰離子電池的電解液

有效

• 申請號: 202010096313.7
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111162319B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 蔡杰
• 申請（專利權）人: 成都市水瀧頭化工科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰電池電解液的技術領域，提供了一種以磷酸鉍為正極材料的鋰離子電池的電解液。該電解液由有機溶劑、電解質鋰鹽、添加劑1、添加劑2、添加劑3、添加劑4、添加劑5按質量比85：15：0.5?2：0.3?0.5：2?4：1?2：0.2?0.4組成。所述添加劑1為烷基磺酸鋰、烷基二磺酸鋰、氨基烷基磺酸鋰中的一種，所述添加劑2為苯基硼酸1,3?丙二醇酯。通過加入添加劑1和添加劑2，既可減少碳酸酯的分解，又可防止SEI膜的分解，從而防止磷酸鉍正極材料容量的明顯下降，達到改善循環穩定性的目的。

技術領域

本發明屬于鋰電池電解液的技術領域，提供了一種以磷酸鉍為正極材料的鋰離子電池的電解液。

背景技術

鋰電池的能量密度與電池容量和電動勢密切相關，主要受正極容量的控制。正極容量提高一倍，鋰電池的能量密度可提高57%，而負極容量提高十倍，鋰電池的能量密度僅僅增加47%。因此，提高鋰電池能量密度的主要方向為尋找更好的正極材料。化學轉換反應是近幾年逐漸發展起來的一種鋰離子電池新型儲鋰機理，由于基于此機理的電極材料突破了傳統嵌入式化合物結構上的限制，在充放電過程中可實現多電子轉移反應，從而獲得更高的理論容量，為高能量密度正極材料的研發和應用提供了一條新的途徑。

在磷酸鉍的結構中，因為存在聚陰離子PO₄^3-，通過Bi-O-P誘導效應，PO₄^3-中的P-O共價鍵可穩定Bi³⁺，在化學轉換反應中具有較高的理論輸出電壓。磷酸鉍的理論輸出電壓為3.1V左右，理論放電比容量為265.5mAh/g，理論質量能量密度為830.5Wh/kg，理論體積能量密度為5253.1Wh/L。可見，磷酸鉍可作為化學轉換反應鋰電池正極材料的理想選擇。

有機溶劑是電解液的主體部分，電解液的性能與溶劑的性能密切相關。碳酸酯是鋰電池電解液的常用溶劑，如碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）等。對于二次鋰電池而言，采用EC或EC/ DMC復合溶劑通常能建立起穩定的SEI膜，可作為優良的電解液溶劑。當與添加劑配合使用時，含有PC的復合電解液也可獲得性能良好的鋰電池。

然而，當以磷酸鉍作為鋰電池的正極材料，以碳酸酯作為電解液的有機溶劑時，存在一個問題：放電時，磷酸鉍發生化學轉換反應，生成Bi/Li₃PO₄，碳酸酯溶劑在納米金屬Bi單質表面發生分解，形成SEI膜；而在隨后的充電過程中，SEI膜又發生嚴重的陽極分解。如此反復循環，造成磷酸鉍的容量明顯衰減，循環性能很不理想。

因此，提出一種專用于以磷酸鉍為正極材料的鋰電池的電解液，可促進磷酸鉍正極材料的應用與推廣。

發明內容

可見，現有技術中，電解液中的碳酸酯分解形成的SEI膜不穩定，易發生陽極分解，從而造成磷酸鉍正極材料的容量明顯衰減，循環性能很不理想。針對這種情況，本發明提出一種以磷酸鉍為正極材料的鋰離子電池的電解液，通過添加劑的使用，既可減少碳酸酯的分解，又可防止SEI膜的分解，從而防止磷酸鉍正極材料容量的明顯下降，達到改善循環穩定性的目的。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

一種以磷酸鉍為正極材料的鋰離子電池的電解液，所述電解液包括有機溶劑、電解質鋰鹽、添加劑1、添加劑2、添加劑3、添加劑4、添加劑5。

優選的，所述添加劑1為烷基磺酸鋰、烷基二磺酸鋰、氨基烷基磺酸鋰中的一種。

優選的，所述添加劑2為苯基硼酸1,3-丙二醇酯。

優選的，所述烷基磺酸鋰的分子式為H-（CH₂）_n-SO₃Li，n=3-10。