專利名稱：用于高電壓鋰離子電池的非水電解液及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池的電解液，特別涉及一種用于高電壓鋰離子電池的非
水電解液及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋰離子電池以其工作電壓高、能量密度大和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，成為目前新能源 領(lǐng)域的研究熱點?，F(xiàn)有鋰離子電池的工作電壓為3. 7V，充電截止電壓為4. 2V，不能滿足3G 時代對鋰離子電池的要求。因此，提高鋰離子電池的能量密度顯得更加迫切。
提高鋰離子電池的工作電壓被認為是提高其能量密度最有效的一種方法。理論 上，可以從改善正負極材料和電解液提高鋰離子電池的工作電壓。為此，研究者進行了大量 的研究，已發(fā)展出多種多樣的正負極材料用于正極的材料包含過渡金屬層狀氧化物、尖晶 石氧化物、橄欖石型鹽類和過渡金屬硫化物等等；用于負極材料包含層狀石墨、鈦酸鋰以及 硅基和錫基合金等等。這些正負極材料已經(jīng)可以滿足鋰離子電池4. 9V高電壓的要求，但沒 有匹配的電解液，現(xiàn)有技術(shù)的電解液在4. 5V以上會大量分解。 由于電解液在高電位下的不穩(wěn)定導(dǎo)致氧化分解，使得電池的在高電壓條件下氣脹 嚴重、循環(huán)性能差。電解液體系也在不斷發(fā)展與更新，無論是電解質(zhì)鋰鹽、新型有機溶劑還 是電解液添加劑的研究一直在進行中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有的鋰離子電解液在高電位下由于不穩(wěn)定導(dǎo)致氧 化分解，使得電池的在高電壓條件下氣脹嚴重、循環(huán)性能差的不足和缺點，提供一種用于高 電壓鋰離子電池的非水電解液。 本發(fā)明的另一目的在于提供所述用于高電壓鋰離子電池的非水電解液的制備方 法。 本發(fā)明的再一目的在于提供所述用于高電壓鋰離子電池的非水電解液的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種用于高電壓鋰離子電池的非水電解 液，包含以下成分環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、鋰鹽和添加劑；其中，環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸 酯按質(zhì)量比l : (1.5 3)混合，鋰鹽在環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯形成的混合液中的濃度 為0. 8 1. 5mol/L，添加劑的使用質(zhì)量相當(dāng)于上述環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯和鋰鹽組成的 溶液質(zhì)量的O. 01 5% ; 所述的添加劑為2， 3- 二氫呋喃或1， 4- 二氧環(huán)乙烯醚； 所述的環(huán)狀碳酸酯優(yōu)選為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)或Y _ 丁內(nèi)酯(GBL) 中的至少一種； 所述的鏈狀碳酸脂的形態(tài)為液態(tài)； 所述的鏈狀碳酸酯優(yōu)選為二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙 基碳酸酯或乙基丙基碳酸酯中的至少一種；
所述鋰鹽的濃度更優(yōu)選為0. 8 1. 2mol/L ; 所述鋰鹽優(yōu)選為LiPF6、 LiBF4、 LiC104、 LiAsF6、 LiCF3S03、 LiN(CF3S02)2、 LiBOB、 LiDFOB、 LiPF4C204或LiN(C2F5S02)2中的至少一種；所述用于高電壓鋰離子電池的非水電解液的制備方法，包括以下步驟 (1)將環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯按質(zhì)量比1 : (1. 5 3)混合，純化，得到非水溶
劑； (2)將鋰鹽溶解于步驟(1)得到的非水溶劑中，濃度為0. 8 1. 5mol/L，得到普通 電解液； (3)在步驟(2)得到的普通電解液中添加添加劑，添加劑的使用質(zhì)量為普通電解 液質(zhì)量的0. 01 5%，得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液；
步驟(1)所述的純化為除雜和除水；
所述的除雜優(yōu)選通過分子篩實現(xiàn)；
所述分子篩優(yōu)選為直徑為4人的分子篩； 所述的除水優(yōu)選通過活性炭、氫化f丐、氫化鈉、無水氧化f丐或五氧化二磷中的至少 一種物質(zhì)進行； 步驟(2)中的所述鋰鹽加入所述非水溶劑的方式為分至少2次加入，生成的所述 普通電解液的溫度要控制在40°C以下； 所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液應(yīng)用于制備高電壓鋰電池；
所述高電壓指的是4. 9V的電壓。 本發(fā)明發(fā)明原理2，3-二氫呋喃、l，4-二氧環(huán)乙烯醚具有較高的反應(yīng)活性，能夠 先于電解液溶劑在正極表明發(fā)生氧化分解反應(yīng)，形成正極界面膜。正極界面膜能夠抑制嵌 鋰材料與電解質(zhì)溶液間的不良相互作用，抑制了高電壓條件下電解液的氧化分解，從而提 高高電壓鋰離子電池的性能。 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果 (1)使用本發(fā)明所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液制備得到的高電壓鋰 電池的電壓可達4. 9V，而且制得的高電壓鋰離子電池的循環(huán)性能有所提高。
(2)本發(fā)明所述的制備方法簡單，成本低，具有較好的應(yīng)用前景。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1 (1)將碳酸乙烯酯(EC) 、二甲基碳酸酯(匿C)和二乙基碳酸酯(DEC)混合，質(zhì)量比
為ec : dmc : dec=i : i : 1，并采用4A分子篩、氫化^和氫化鈉除雜和除水，然后在充
滿高純氬氣的手套箱中減壓抽濾，得到非水溶劑； (2)將LiPF6分次加入非水溶劑中，加入過程控制溫度在40°C以下，LiPF6的濃度 為lmol/L，并攪拌均勻，得到普通電解液； (3)在普通電解液中，添加2，5-二氫呋喃，用量為普通電解液質(zhì)量0. 5%，得到用 于高電壓鋰離子電池的非水電解液。 以Liu7Mn。.58Ni。.2A為正極材料；負極為中間相碳微球(MCMB)組成扣式電池，加入得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液30iU。在室溫25t:恒溫下分別以1/20C、 1/10C和1/5C在2. OV到4. 9V間充放電對電池進行活化，隨后的循環(huán)均已1/5C充放電。電 池初始容量為1. 76mAh，循環(huán)50次后電池的放電容量為1. 34mAh，容量保持率為76. 1%，說 明了本實施例制備的非水電解液制備的鋰離子電池在高電壓下循環(huán)壽命得到了提高。
實施例2 使用實施例1制備的普通電解液，加入1，4-二氧環(huán)乙烯醚，用量為普通電解液質(zhì) 量0.2%，得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液。 以LiuMnwsNiwA為正極材料；負極為中間相碳微球(MCMB)組成扣式電池，加 入用于高電壓鋰離子電池的非水電解液30iiL。在室溫25t:恒溫下分別以1/20C、1/10C和 1/5C在2. OV到4. 9V間充放電對電池進行活化，隨后的循環(huán)均已1/5C充放電。電池初始容 量為1. 44mAh，循環(huán)50次后電池的放電容量為1. llmAh，容量保持率為77. 1%，說明了本實
施例制備的非水電解液制備的鋰離子電池在高電壓下循環(huán)壽命得到了提高。
實施例3 (1)將碳酸乙烯酯(EC) 、二甲基碳酸酯(匿C)和二乙基碳酸酯(DEC)混合，質(zhì)量比
為ec : dmc : dec= i : 0.5 : 1，并采用4A分子篩、氫化f丐和氫化鈉除雜和除水，然后在
充滿高純氬氣的手套箱中減壓抽濾，得到非水溶劑； (2)將LiPF6分次加入非水溶劑中，加入過程控制溫度在40°C以下，LiPF6的濃度 為1. 5mol/L，并攪拌均勻，得到普通電解液； (3)在普通電解液中，添加2，5_二氫呋喃，用量為普通電解液質(zhì)量0.01%，得到用 于高電壓鋰離子電池的非水電解液。 以Liu7Mn。.58Ni。.2A為正極材料；負極為中間相碳微球(MCMB)組成扣式電池， 加入得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液30iU。在室溫25t:恒溫下分別以1/20C、 1/10C和1/5C在2. 0V到4. 9V間充放電對電池進行活化，隨后的循環(huán)均已1/5C充放電。電 池初始容量為1. 74mAh，循環(huán)50次后電池的放電容量為1. 32mAh，容量保持率為75. 9%，說 明了本實施例制備的非水電解液制備的鋰離子電池在高電壓下循環(huán)壽命得到了提高。
實施例4 使用實施例3制備的普通電解液，加入1，4-二氧環(huán)乙烯醚，用量為普通電解液質(zhì) 量0.01%，得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液。 以LiuMnwsNiwA為正極材料；負極為中間相碳微球(MCMB)組成扣式電池，加 入用于高電壓鋰離子電池的非水電解液30iiL。在室溫25t:恒溫下分別以1/20C、1/10C和 1/5C在2. 0V到4. 9V間充放電對電池進行活化，隨后的循環(huán)均已1/5C充放電。電池初始容 量為1. 41mAh，循環(huán)50次后電池的放電容量為1. 08mAh，容量保持率為76. 6%，說明了本實
施例制備的非水電解液制備的鋰離子電池在高電壓下循環(huán)壽命得到了提高。
實施例5 (1)將碳酸乙烯酯(EC) 、二甲基碳酸酯(匿C)和二乙基碳酸酯(DEC)混合，質(zhì)量比
為ec : dmc : dec=i : 2 : 1，并采用4A分子篩、氫化^和氫化鈉除雜和除水，然后在充
滿高純氬氣的手套箱中減壓抽濾，得到非水溶劑； (2)將LiPF6分次加入非水溶劑中，加入過程控制溫度在40°C以下，LiPF6的濃度 為0. 8mol/L，并攪拌均勻，得到普通電解液；
(3)在普通電解液中，添加2，5_二氫呋喃，用量為普通電解液質(zhì)量5%，得到用于 高電壓鋰離子電池的非水電解液。 以LiL17Mn0.58Ni0.2502為正極材料；負極為中間相碳微球(MCMB)組成扣式電池， 加入得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液30iU。在室溫25t:恒溫下分別以1/20C、 1/10C和1/5C在2. OV到4. 9V間充放電對電池進行活化，隨后的循環(huán)均已1/5C充放電。電 池初始容量為1. 78mAh，循環(huán)50次后電池的放電容量為1. 36mAh，容量保持率為76. 4%，說 明了本實施例制備的非水電解液制備的鋰離子電池在高電壓下循環(huán)壽命得到了提高。
實施例6 使用實施例5制備的普通電解液，加入1，4-二氧環(huán)乙烯醚，用量為普通電解液質(zhì) 量5%，得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液。 以LiuMnwsNiwA為正極材料；負極為中間相碳微球(MCMB)組成扣式電池，加 入用于高電壓鋰離子電池的非水電解液30iU。在室溫25t:恒溫下分別以1/20C、1/10C和 1/5C在2. OV到4. 9V間充放電對電池進行活化，隨后的循環(huán)均已1/5C充放電。電池初始容 量為1. 51mAh，循環(huán)50次后電池的放電容量為1. 2mAh，容量保持率為79. 5%，說明了本實施 例制備的非水電解液制備的鋰離子電池在高電壓下循環(huán)壽命得到了提高。
對比實施例 以LiuMnwsNiwA為正極材料；負極為中間相碳微球(MCMB)組成扣式電池，加 入實施例1制備的普通電解液30iU。在室溫25t:恒溫下分別以1/20C、1/10C和1/5C在 2. 0V到4. 9V間充放電對電池進行活化，隨后的循環(huán)均已1/5C充放電。電池初始放電容量為 1. 66mAh，循環(huán)50次后電池的放電容量為1. 07mAh，容量保持率為64. 4% ，可見不含2， 5- 二 氫呋喃或1，4- 二氧環(huán)乙烯醚的普通電解液制備的扣式電池循環(huán)性能較差，容量衰減快。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于高電壓鋰離子電池的非水電解液，其特征在于包含以下成分環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、鋰鹽和添加劑；其中，環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯按質(zhì)量比1∶(1.5～3)混合，鋰鹽在環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯形成的混合液中的濃度為0.8～1.5mol/L，添加劑的使用質(zhì)量相當(dāng)于上述環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯和鋰鹽組成的溶液質(zhì)量的0.01～5％；所述的添加劑為2，3-二氫呋喃或1，4-二氧環(huán)乙烯醚。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液，其特征在于所述的環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或Y-丁內(nèi)酯中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液，其特征在于所述的鏈狀碳酸酯為二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯或乙基丙基碳酸酯中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液，其特征在于所述鋰鹽的濃度為0. 8 1. 2mol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液，其特征在于所述鋰鹽為LiPF6、 LiBF4、 LiC104、 LiAsF6、 LiCF3S03、 LiN(CF3S02)2、 LiB0B、 LiDFOB、 LiPF4C204或LiN(C2F5S02)2中的至少一種。
6. 權(quán)利要求1 5任一項所述用于高電壓鋰離子電池的非水電解液的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1) 將環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯按質(zhì)量比1 : (1. 5 3)混合，純化，得到非水溶劑；(2) 將鋰鹽溶解于步驟(1)得到的非水溶劑中，濃度為0. 8 1. 5mol/L，得到普通電解液；(3) 在步驟(2)得到的普通電解液中添加添加劑，添加劑的使用質(zhì)量為普通電解液質(zhì)量的0. 01 5%，得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟(1)所述的純化為除雜和除水。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中的所述鋰鹽加入所述非水溶劑的方式為分至少2次加入，生成的所述普通電解液的溫度控制在40°C以下。
9. 權(quán)利要求1 5任一項所述用于高電壓鋰離子電池的非水電解液的應(yīng)用，其特征在于所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液應(yīng)用于制備高電壓鋰電池。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于所述的高電壓指的是4.9V電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高電壓鋰離子電池的非水電解液及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明將環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯按質(zhì)量比1∶(1.5～3)混合，純化，得到非水溶劑；接著將鋰鹽溶解于非水溶劑中，鋰鹽濃度為0.8～1.5mol/L，得到普通電解液；再在普通電解液中添加添加劑，添加劑的使用質(zhì)量為普通電解液質(zhì)量的0.01～5％，得到用于高電壓鋰離子電池的非水電解液。本發(fā)明所述的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液制備得到的高電壓鋰電池的電壓可達4.9V，而且制得的高電壓鋰離子電池的循環(huán)性能有所提高。本發(fā)明所述的制備方法簡單，所制得的用于高電壓鋰離子電池的非水電解液成本低，具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號H01M10/056GK101702447SQ20091019363
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者李偉善, 許夢清, 邢麗丹 申請人:華南師范大學(xué)