[發明專利]鋰離子二次電池用低濃度電解液及鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 202110782843.1
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113346142B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 吳飛翔;薛智宸;汪思思
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0568;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發明公開了一種鋰離子二次電池用低濃度電解液，包括鋰鹽和有機溶劑，有機溶劑包括鏈狀羧酸酯類溶劑和氟代羧酸酯類溶劑，鋰鹽的濃度為0.01～0.5mol/L。該電解液采用鏈狀羧酸酯類溶劑和氟代羧酸酯類溶劑的混合溶劑作為電解液的溶劑體系，并加入低濃度鋰鹽，構成的電解液體系不僅粘度低，與正負極有良好的浸潤性，而且能夠形成穩定的CEI/SEI層，緩解循環過程中的過渡金屬溶解，同時還能降低生產成本，具有可觀的應用前景，組裝的電池具有良好的循環性能。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池用低濃度電解液及鋰離子二次電池，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

鋰離子電池在便攜式電子產品，電動汽車等領域應用相當廣泛。為了滿足人們日漸增長的能量密度需求，人們致力于開發高能量密度的正極材料和提高鋰離子電池的工作電壓。現有的商用鋰離子電池正極材料主要是插層型正極材料，分為層狀氧化物正極材料（鈷酸鋰、三元材料）、尖晶石結構（錳酸鋰、鎳錳酸鋰）、聚陰離子型正極材料磷酸鐵鋰。鋰離子在充放電過程中脫出、嵌入。插層型正極材料具有良好的穩定性，適用于商用鋰離子電池。但由于正極材料在循環過程中表面與電解液發生副反應，電解液中的鋰鹽與制備電池過程中產生的微量的水反應分解產生氟化氫，產生的氟化氫攻擊正極使過渡金屬離子溶解進入電解液沉積在負極側，造成負極表面的SEI層重構，增大電池體系的阻抗，造成電池的容量衰減，阻礙了鋰離子電池的進一步發展。

現有商業鋰離子電池電解液為溶解在有機溶劑的六氟磷酸鋰鹽，其濃度在1M左右，其中鋰鹽除用于充放電過程中鋰離子的傳輸，以及在正負極與電解液的界面形成CEI/SEI界面層，同時少量鋰鹽也會與水發生副反應產生氟化氫對正極材料進行親核攻擊，導致過渡金屬的溶解，目前通過提高鋰鹽濃度或采用添加劑等策略，改變鋰離子在溶劑中的配位環境提升電池性能，但是這些改性方式會導致電解液成本增加，潤濕性變差等問題的產生。如專利CN201710141499采用高濃度鋰鹽電解液，電池的性能有了明顯的提升，但鋰鹽濃度增加的同時也會增加電解液的粘度，降低電導率及其在電極界面的浸潤性，另外，昂貴的鋰鹽大大的增加了應用成本。

發明內容

本發明的第一個目的是克服現有技術的不足，提供一種緩解過渡金屬溶解的鋰離子電池用電解液。

本發明的第二個目的在于，提供能夠在正負極表面生成穩定的CEI及SEI界面的鋰離子電池用電解液。

本發明的第三個目的在于，提供粘度低的鋰離子電池用電解液，與高載量的正極浸潤性好。

本發明的第四個目的在于，降低現有商用電解液中鋰鹽添加量，降低生產生成本，提供低成本的商業正極材料鋰離子電池用電解液。

本發明的第五個目的在于，提供的鋰離子電池用電解液應用于鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等商業化材料為正極的鋰離子電池。

針對常有常規電解液溶液容易與正極材料的過渡金屬發生反應而導致溶解，以及現有改性方式成本提高，且電解液與電極潤濕性能較差的技術問題，本發明做出了大量嘗試，提出一種新的電解液體系，該電解液體系不僅能夠解決這些技術問題，而且還能實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種鋰離子二次電池用低濃度電解液，包括鋰鹽和有機溶劑，所述有機溶劑包括鏈狀羧酸酯類溶劑和氟代羧酸酯類溶劑，所述鋰鹽的濃度為0.01～0.5mol/L。發明人驚奇地發現，當采用鏈狀羧酸酯類溶劑和氟代羧酸酯類溶劑的混合溶劑作為電解液的溶劑體系時，加入低濃度的鋰鹽不僅能夠顯著緩解對于電極中過渡金屬的溶解，而且對于電池的放電容量影響遠低于預期，還能明顯改善電池的循環性能。

研究發現，電解液的浸潤性會影響電池的性能，而電解液的浸潤性除與電解液成分相關外，還與其中鋰鹽濃度呈負相關；鋰鹽和溶劑在正負極界面發生反應生成的CEI/SEI界面影響電池的電化學性能。

作為優選，所述鏈狀羧酸酯類溶劑包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一種或兩種以上。