[发明专利]一种非水电解液及其制备方法以及含有该电解液的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非水电解液及其制备方法以及含有该电解液的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池由于具有电压高、容量密度大、无记忆效应及无污染等特点，近年来已广泛应用于应用在手机和笔记本电脑等便携式设备。锂离子二次电池的主要由电池壳体、电极组和电解液等部分构成。锂离子二次电池正极以锂金属复合氧化物作为正极活性物质。负极活性材料有石墨化碳、热解碳等各种碳材料以及非碳材料如锡和硅的氧化物、氮化物等。此外，电解液也是电池的一个重要组成部分，对电池的性能有很大影响。

锂离子电池的安全性越来越受到人们关注。现在商业锂离子电池的电解质通常由某些锂盐和有机溶剂混合而成。易燃的有机溶剂的存在被认为是电池的安全性较差的一个重要原因。然而，最近据报道，甚至不可燃有机电解质可能诱发火灾危害。因此，用于电池电解质的理想溶剂就需要具有很好的高温稳定性。

研究表明，由于含氟有机化合物有较高的热稳定性和相当独特的性能。它在电化学过程中，无论自身是否具有可燃性，都具有较高的电化学稳定性。因此一些含氟的有机溶剂被认为是潜在的电解质溶剂或助溶剂。有机氟系化合物虽然电化学稳定性，但是其制造成本普遍偏高，电池的寿命下降明显，不具有明显的商业价值。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种非水电解液，能够明显改善电解液的热稳定性，还有利于改善电解液与活性材料间的相容性。

本发明的目的之二是提供一种上述非水电解液的制备方法；

本发明的目的之三是提供一种含有上述非水电解液的锂离子二次电池。

一种非水电解液，其特别之处在于，由非水溶剂和电解质组成，其中电解质为LiBOB、LiCF₃SO₃、Li(CF₃SO₂)₂N、LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiAsF₆、卤化锂和低脂肪酸碳酸锂中的至少一种，电解液中锂盐的浓度为0.5-2.0M；

非水溶剂为乙烯碳酸酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、丙烯碳酸酯、甲酸甲酯、丙烯酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、甲硫醚、二乙基亚硫酸酯、γ-丁内酯、四氢呋喃、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、丙腈、1，3-二氧戊烷、乙酸酯和丙酸酯中的至少一种，再加上另外一种氟化物，该氟化物的化学式为CF(R₁R₂)-COO-R₃，R₁、R₂和R₃分别选自H、卤素、1到10个碳原子的烷基、芳基、芳烷基、羧基取代的烷基和芳基以及芳烷基中的任意一种；并且该氟化物占非水溶剂的重量百分比为0.1-70％。

其中氟化物中R₁、R₂、R₃的基团可被一个或多个卤素取代，并且R₁、R₂和R₃可以相同也可以不相同。

在非水电解液中还添加有碳酸亚乙烯酯、甲基亚乙烯基碳酸酯或乙基亚乙烯基碳酸酯作为成膜添加剂，添加量占该电解液中非水溶剂的重量百分比为0.1-10％，以及防止过充的的添加剂联苯、烷基联苯、环乙基苯、叔丁基苯或噻嗯，添加量占该电解液中非水溶剂的重量百分比为0.1～10％。

一种非水电解液的制备方法，其特别之处在于，按照权利要求1的配比，将氟化物和其它非水溶剂在干燥环境下混合，然后将电解质加入混合后的非水溶剂中，在30-80℃下加热搅拌使锂盐充分溶解，即制成电解液。

一种锂离子二次电池，包括非水电解液，其特别之处在于，所述非水电解液为权利要求1至3中任意一项的电解液。

本发明提供的电解液不仅具有较高的化学稳定性好，而且不影响电池寿命。本发明提供的锂离子二次电池的电解液，含氟酯类有机化合物都是闪点很高或无闪点的有机溶剂。氟取代氢原子后，溶剂分子的含氢量降低，可燃性降低，添加到电解液中能明显改善电解液的热稳定性。同时，借助F元素的吸电子效应，还有利于提高溶剂分子在碳负极表面的还原电位，优化固体电解质界面膜，改善电解液与活性材料间的相容性，进而稳定电极的电化学性能。

具体实施方式