[发明专利]一种高电压锂离子电池的非水电解液

说明书

[技术领域]

本发明涉及锂离子电池的电解液，特别涉及一种高电压锂离子电池的非水电解液。

[背景技术]

锂离子电池因其具有工作电压高、能量密度高、环境友好、循环稳定、安全等优点，被广泛应用于笔记本电脑、手机、MP4等等各种电子设备中。但随着电子设备中电池容量的提高，人们对锂离子电池的工作电压和能量密度也提出了更高的要求。

为了提高锂离子电池的能量密度，科研工作者进行了大量的研究工作。主要集中在研发充放电平台更高的新型正极材料，如尖晶石氧化物LiNi0.5Mn1.504，富锂材料Li1.2Ni0.2Mn0.602，橄榄石结构的LiCoPO4等。另外一种方法是提高传统正极材料的充电截止电压，随着工作电压及充电截止电压的提高，正极材料的氧化活性提高，正极活性物质与电解液的反应也随之加速，导致电池在高电压下气胀严重，循环性能降低，严重制约了正极材料性能的发挥。

随着工作电压的升高及充电截止电压的升高，高电压电池在低温充电时，或者电池进行过充时，过多的锂离子从正极材料中脱出嵌入到负极材料表面锂就很容易形成锂枝晶，进一步会刺穿隔膜导致电池的短路，电解液组分发生不可逆的氧化分解，并释放出大量的热，致使电池内部压力和温度急剧上升，引起电池的漏液、起火、燃烧甚至爆炸，使电池的安全性能变差，高电压锂电池的安全性能有待进一步的解决。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种具有充放电循环性能优良、安全性能好、具有较高的充电截止电压的高电压锂离子电池的非水电解液。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种高电压锂离子电池的非水电解液，由溶剂、锂盐、氟代阻燃剂和成膜添加剂组成：其中，环状碳酸酯和/或链状碳酸酯占溶剂总质量的30-95%，氟代溶剂质量占溶剂总质量的5-70%，锂盐在氟代溶剂、环状碳酸酯和/或链状碳酸酯形成的混合液中的摩尔浓度为0.8-1.5mol/L；氟代阻燃剂的质量为溶剂质量的1-30%；成膜添加剂的质量为溶剂质量的1-8%。

以上所述的高电压锂离子电池的非水电解液，所述的环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯或γ-丁内酯中的至少一种。

以上所述的高电压锂离子电池的非水电解液，所述的链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯或碳酸乙丙酯中的至少一种。

以上所述的高电压锂离子电池的非水电解液，所述的氟代溶剂为氟代碳酸乙烯酯FEC、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、二氟甲基-2,2,2-三氟乙基醚,1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚中的至少一种。

以上所述的高电压锂离子电池的非水电解液，所述的氟代阻燃剂为三（1,1,1,3,3,3-六氟异丙基）磷酸酯、三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯，三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯，二（2,2,2-三氟乙基）甲基磷酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯或六氟环三磷腈中的至少一种。

以上所述的高电压锂离子电池的非水电解液，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、LiCF3SO2、LiN(CF3S02)2、LiBOB，LiDFOB、LiPF4C204或LiN(C2F5S02)2中的至少一种。

以上所述的高电压锂离子电池的非水电解液，所述的成膜添加剂为碳酸亚乙烯，乙烯基碳酸乙烯醋，1，3-丙烷磺酸内酯，1,4-丁磺酸内酯，己二腈或丁二腈中的至少一种。

以上所述的高电压锂离子电池的非水电解液，三（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯按以下方法制备：三（1,1,1,3,3,3-六氟异丙基）磷酸酯按以下方法制备：将500毫升乙醚与175克的1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇混合、搅拌；溶液澄清透明后加入8.28克固体氢化锂溶液，在室温下反应，将反应混合物冷却至0-5℃，将53.21克三氯氧磷加入，80℃回流，得到三（1,1,1,3,3,3-六氟异丙基）酯，磷酸，过滤除去沉淀后，通过蒸馏回收。

本发明高电压锂离子电池的非水电解液采用高闪点、无闪点的氟代溶剂，可以显著提高电解液溶剂的闪点，氟代溶剂与氟代阻燃剂二者可以协同改善高电压下锂电池的阻燃效果，彻底的防止电池滥用，及过充而导致的起火、燃烧、爆炸等安全隐患。

[具体实施方式]

在本发明的技术方案中，非水电解液包括非水溶剂、溶质、氟代阻燃剂和成膜添加剂。