專利名稱：一種鋰離子電池用非水電解液及其相應(yīng)的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及鋰離子二次電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，便攜式電子產(chǎn)品，例如照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、移動(dòng)電話、筆記本電腦等在人們的日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。減小尺寸，減輕重量，延長(zhǎng)使用壽命是電子產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)與要求。因此，開發(fā)與便攜式電子產(chǎn)品相配套的電源產(chǎn)品，尤其是開發(fā)能夠提供高能量密度的輕量化二次電池是行業(yè)發(fā)展的迫切需求。與鉛酸電池，鎳鎘電池，鎳氫電池相比，鋰離子電池因其能量密度大、工作電壓高、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于便攜式電池產(chǎn)品中。鋰離子電池主要由正、負(fù)極、電解液及隔膜組成。正極主要是含鋰的過渡金屬氧化物，負(fù)極主要是炭材料。由于鋰離子電池的平均放電電壓約為3.6-3.7V,需要在0-4.2V的充電/放電電壓內(nèi)穩(wěn)定的電解液組分。為此，鋰離子電池所用電解液必須是非水電解液，例如:通常使用包含環(huán)狀碳酸酯溶劑(如碳酸亞乙酯)和線性碳酸酯溶劑(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯)的混合物作為溶劑，六氟磷酸鋰作為溶質(zhì)的電解液。鋰離子電池在首次充電過程中，鋰離子從陰極活性物質(zhì)的鋰金屬氧化物中脫嵌出來，在電壓的驅(qū)動(dòng)下向陽極碳電極遷移，然后嵌入到碳材料中。在該過程中，電解液與碳陽極表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生Li2CO3, Li2O, LiOH等物質(zhì)，從而在碳陽極表面形成一層鈍化膜，該鈍化膜稱之為固體電解液界面(SEI)膜。由于不管是充電還是放電，鋰離子必須通過這層SEI膜，所以SEI膜的性能決定了電池的許多性能(如循環(huán)性能，高溫性能，倍率性能)。SEI膜在首次充電形成后，能夠阻止電解液溶劑的進(jìn)一步分解，并在隨后的充放電循環(huán)中形成離子通道。然而，隨著充放電的進(jìn)行，電極重復(fù)的膨脹和收縮SEI膜可能發(fā)生破裂或逐漸溶解，隨之暴露的陽極繼續(xù)與電解液發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生氣體，從而增加電池的內(nèi)壓，并顯著降低電池的循環(huán)壽命。尤其是電池在高溫條件下儲(chǔ)存及在高溫條件下進(jìn)行充放電循環(huán)，SEI膜更容易被破壞，從而導(dǎo)致電池鼓脹及循環(huán)性能明顯下降。根據(jù)電解液使用的碳酸酯的種類和陽極活性物質(zhì)的類型，產(chǎn)生的氣體主要包括CO，CO2, CH4, C2H6等。由于SEI膜的質(zhì)量對(duì)鋰離子電池的高溫儲(chǔ)存性能及循環(huán)性能至關(guān)重要，因此通過調(diào)控來改善SEI膜的質(zhì)量對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能鋰離子電池是十分必要的。為了解決這個(gè)問題，人們嘗試在電解液中添加少量的添加劑來改善SEI膜，以期改善鋰離子電池的性能?？蒲泄ぷ髡呓?jīng)過努力開發(fā)了一系列成膜添加劑如碳酸亞乙烯酯(VC)、乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)等，它們能在石墨負(fù)極表面形成更穩(wěn)定的SEI，從而顯著提高了鋰離子電池的循環(huán)性能，同時(shí)也在一定程度上提高了高溫儲(chǔ)存性能，因此這些添加劑在商品化鋰離子電池中得到了普遍應(yīng)用。但是上述成膜添加劑所形成的SEI在高溫儲(chǔ)存條件下仍不夠穩(wěn)定，在較高的溫度下仍會(huì)出現(xiàn)電解液的分解而導(dǎo)致氣脹，從而帶來嚴(yán)重的安全隱患，因此有必要開發(fā)新的添加劑來進(jìn)一步提高鋰離子電池的高溫儲(chǔ)存性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種高性能的鋰離子電池用非水電解液。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用非水電解液，包括:鋰鹽；有機(jī)溶劑；以及含不飽和鍵的亞磷酸酯化合物，該化合物如結(jié)構(gòu)式I所示:
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池用非水電解液，包括: 鋰鹽； 有機(jī)溶劑；以及 含不飽和鍵的亞磷酸酯化合物，該化合物如結(jié)構(gòu)式I所示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述含不飽和鍵的亞磷酸酯化合物結(jié)構(gòu)如結(jié)構(gòu)式2所示:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述含不飽和鍵的亞磷酸酯化合物結(jié)構(gòu)如結(jié)構(gòu)式3所示:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述含不飽和鍵的亞磷酸酯化合物選自下列物質(zhì)之一或其混合物:亞磷酸三乙烯酯、亞磷酸三丙烯酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述含不飽和鍵的亞磷酸酯化合物的含量按電解液的總重量計(jì)為0.01°/Γ2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述鋰離子電池用非水電解液還含有下列物質(zhì)中的一種或幾種:碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述環(huán)狀碳酸酯包括:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述鏈狀碳酸酯包括:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述鋰鹽選自:LiPF6、LiBF4' LiSbF6' LiAsF6, LiN(SO2CF3)2' LiN(SO2C2F5)2' LiC(SO2CF3)3'LiN(SO2F)2中的至少一種。
11.一種鋰離子電池，包括: 權(quán)利要求1至10任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池用非水電解液； 可嵌入和脫嵌鋰的正極； 可嵌入和脫嵌鋰的負(fù)極 '及 置于正極與負(fù)極之 間的隔膜。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種高性能的鋰離子電池用非水電解液。包括鋰鹽；有機(jī)溶劑；以及含不飽和鍵的亞磷酸酯化合物。該不飽和亞磷酸酯化合物有助于在電極表面形成穩(wěn)定致密的鈍化膜(SEI膜)，阻止了溶劑分子的進(jìn)一步分解。按照本發(fā)明的方案得到的電解液可以改善電池的高溫儲(chǔ)存性能及循環(huán)性能。
文檔編號(hào)H01M10/0567GK103107363SQ20131003837
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者石橋, 胡時(shí)光 申請(qǐng)人:深圳新宙邦科技股份有限公司