[发明专利]适于高电压锂离子电池的电解液

说明书

 

技术领域

本发明涉及锂离子电池的电解液，尤其涉及一种适于高电压锂离子电池的电解液。

背景技术

目前使用的锂离子电池正极材料，如LiCoO₂、LiMn₂O₄以及LiFePO₄的工作电压都低于4V，以LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiCoPO₄等材料为代表的高电压正极材料的放电电压可高达5V左右，这些高电压材料用于锂离子电池能够提高电池的输出电压和功率密度，进一步拓宽锂离子电池在大功率电气设备 ，尤其是电动汽车上的使用范围，从而受到业内研究者的广泛关注。高电压正极材料性能的发挥，不仅取决于材料本身的特性，还取决于电解液在高电压条件下的稳定性。而电解液的稳定性与其溶剂及锂盐组成密切相关，对于高压电池，要求电解液中的溶剂、锂盐和SEI膜在高压作用下具有足够的电化学稳定性和强度。

期刊《电源技术》中2012,16(8):1235-1238的论文《锂离子电池高电压电解液》，极为详细的论述了目前高电压电解液发展的现状与趋势，表明氟代溶剂、砜类溶剂和腈基溶剂替代常规碳酸酯类溶剂是目前高电压电解液研究的主要方向。也就是说，行业内目前高电压电解液的设计思路为如何抑制电解液在正极材料表面的氧化分解，如何提高电解液体系的抗氧化性。尽管如此，腈类溶剂以及砜类溶剂与石墨负极相容性远不如常规碳酸酯类溶剂，从而导致目前国内外电解液行业中所能见到的高电压电解液样品基本都是采用氟代碳酸酯类溶剂少量替代常规碳酸酯类溶剂来提高电解液抗氧化性，行业内尚无新型溶剂能完全替代碳酸酯基溶剂。目前以氟代碳酸乙烯酯(FEC)为最为常见的氟代碳酸酯类溶剂，但FEC在使用过程中产气严重，不利于电池性能发挥。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适于高电压锂离子电池的电解液。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：适于高电压锂离子电池的电解液，高电压锂离子电池指的是以充电截止电压在4.35V（vs Li/Li⁺）及以上的正极材料为正极的锂离子电池；电解液由常规碳酸酯类溶剂、锂盐和功能性添加剂组成，其中锂盐浓度为0.5～0.9mol/L。

作为优选，锂盐为LiPF₆和LiBF₄中的一种或两种的混合物。

作为优选，常规碳酸酯为只含有碳氢氧元素的碳酸酯，并且所述只含有碳氢氧元素的碳酸酯纯度大于99.99 %。

作为优选，只含有碳氢氧元素的碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸丙烯酯。

    作为优选，常规碳酸酯类溶剂中含有碳酸乙烯酯, 其含量为10～40 vol.%。

作为优选，功能性添加剂包括含量为电解液总质量0～5.0%的负极成膜添加剂、含量为电解液总质量0～5.0%的提高电解液抗氧化性添加剂、以及含量为电解液总质量0～0.05%的抑制HF生成添加剂。

作为优选，负极成膜添加剂包括丙磺酸内酯(1,3-PS)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)；所述提高电解液抗氧化性添加剂包括联苯、环己苯、噻吩、呋喃类、喹啉；所述抑制HF生成添加剂包括N,N-二环己基碳二亚胺, N,N-二乙基基三甲基硅烷。

作为优选，提高电解液抗氧化性添加剂包括己二腈、丁二腈、环丁砜、氟代碳酸乙烯酯。

作为优选，充电截止电压在4.35V（vs Li/Li⁺）及以上的正极材料包括镍锰酸锂、磷酸钴锂、富锂锰基固溶体材料以及需要充电至4.35V及以上的三元材料中的一种或多种混合物。

本发明的有益效果是：

在保证电导率的前提下，适当采用低浓度LiPF₆电解液，可以有效抑制电池体系因高温或微量水而导致HF生成，从而降低充放电过程中正极材料金属离子的溶解可能性，进而抑制负极SEI膜的不断增厚而消耗电池中有效可循环锂离子，改善高电压电池循环性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例1的电池循环至初始容量80%时负极拆解极片SEM图。

图2是本发明实施例1的电池循环至初始容量80%时负极拆解极片EDS图。