[發(fā)明專利]一種碳酸丙烯酯基電解液及包含該電解液的鋰離子電池

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• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112909339A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 范海滿;曹余良;劉興偉;肖文杰;師貴榮;吳銀華
• 申請（專利權）人: 深圳賽驕陽能源科技股份有限公司;武漢大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0569;H01M10/0568;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市華盈知識產權代理事務所(普通合伙) 44543
• 代理人: 王松柏

本發(fā)明公開了一種碳酸丙烯酯基電解液及包含該電解液的鋰離子電池，該電解液包括碳酸丙烯酯溶劑、鋰鹽和稀釋劑，稀釋劑為弱極性的鏈狀溶劑。稀釋劑為硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲基丁基醚、乙基丁基醚、丙基丁基醚、甲基乙基醚、乙二醇二甲醚中的一種或多種。本發(fā)明的碳酸丙烯酯基電解液及包含該電解的鋰離子電池具有電導率高、低溫性能優(yōu)異和高壓穩(wěn)定性好的特點。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體是指一種碳酸丙烯酯基電解液及包含該電解液的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池具有高能量密度、高工作電壓、長循環(huán)壽命和無記憶效應等優(yōu)點，被廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車、規(guī)模儲能等領域。如今，人們對鋰離子電池的能量密度有著更高的要求；此外，鋰離子電池的低溫充放電性能也倍受關注。

目前，商品化鋰離子電池電解液的成分是以六氟磷酸鋰為鋰鹽，高粘度、高凝固點（＞35℃）的碳酸乙烯酯為溶劑，加上部分鏈狀碳酸酯溶劑所構成的。其中，碳酸乙烯酯能夠在充放電過程中在鋰離子電池負極表面生成致密有效的SEI膜，因而成為了電解液中必不可少的一部分。但是，碳酸乙烯酯無法耐受高電壓的性質限制了高壓正極材料的應用，大于4.3V的電壓會導致碳酸乙烯酯的持續(xù)氧化分解產氣，從而增大電池的內阻，使電池容量迅速衰減。此外，碳酸乙烯酯高粘度和高凝固點的性質使得電解液在低溫下電導迅速降低，且極易凝固，這對于電池低溫下的充放電極為不利。

而碳酸丙烯酯作為與碳酸乙烯酯相似的溶劑，同樣具有很高的介電常數(shù)，能夠充分解離鋰鹽，其更優(yōu)的耐高壓性質和更低的凝固點（-48.8℃）更加有利于高電壓正極材料的應用和電池的低溫充放電性能。然而，碳酸丙烯酯無法在鋰離子電池負極表面形成致密的SEI膜，會不斷還原分解，因此無法應用于鋰離子電池電解液中。最近，高濃度鋰鹽電解液被報道具有優(yōu)異的還原穩(wěn)定性，使得碳酸丙烯酯的實際應用成為可能。在高濃度鋰鹽電解液中，碳酸丙烯酯溶劑分子幾乎都與鋰離子絡合，僅存在少量的自由溶劑分子，因此溶劑的活度大大降低，碳酸丙烯酯還原穩(wěn)定性大大增強，從而實現(xiàn)碳酸丙烯酯與商品化負極的兼容。但是，高濃度鋰鹽電解液具有極高的粘度、很低的電導以及昂貴的價格，這極不利于這種電解液的商品化應用。

在高濃度鋰鹽電解液中加入不與鋰離子配位的非極性溶劑，如氟醚、鹵代烷烴等，形成局部高濃電解液，能夠有效降低電解液的鋰鹽濃度和粘度，但是這些非極性溶劑不與鋰離子絡合，無法增加鋰鹽的解離度，因此無法改善高濃度電解液電導率低的問題。此外，這些非極性溶劑的沸點通常僅為30~60℃，極易揮發(fā)，這對于電解液的準確配制和鋰離子電池使用過程中的脹氣問題極為不利。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種碳酸丙烯酯基電解液及包含該電解液的鋰離子電池，具有電導率高、低溫性能優(yōu)異和高壓穩(wěn)定性好的特點。

本發(fā)明可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種碳酸丙烯酯基電解液，包括碳酸丙烯酯溶劑、鋰鹽和稀釋劑，稀釋劑為弱極性的鏈狀溶劑。

在本發(fā)明中，稀釋劑為弱極性的鏈狀溶劑，因此不會改變碳酸丙烯酯與鋰離子的配位結構，從而保留碳酸丙烯酯基電解液高穩(wěn)定性的特點，同時可以增加鋰離子的解離度，從而大大提高電解液的電導率。

在本發(fā)明中，本發(fā)明中，碳酸丙烯酯基電解液由兩部分組成：①高濃度鋰鹽的碳酸丙烯酯溶劑；②弱極性而非非極性的稀釋劑。高濃度鋰鹽的碳酸丙烯酯溶劑中，碳酸丙烯酯溶劑分子均與鋰離子配位，僅存在少量自由的碳酸丙烯酯溶劑分子，碳酸丙烯酯的反應活性大大降低，因此具有優(yōu)秀的氧化還原穩(wěn)定性，與鋰離子電池正負極材料均有良好的兼容性，但是粘度很大、電導很低并且鋰鹽濃度很大。所述的稀釋劑為弱極性而非非極性的溶劑，因此大多為鏈狀溶劑，這種稀釋劑的配位能力較弱，在加入高濃度鋰鹽的碳酸丙烯酯電解液中后不會取代碳酸丙烯酯在鋰離子溶劑化結構中的位置，因此不會影響碳酸丙烯酯的氧化還原穩(wěn)定性，但是會有效減小電解液的粘度，并增加鋰鹽的解離度，從而提高電解液的電導率。