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)：
便攜式電子產(chǎn)品如照相機(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。隨著科技的發(fā)展及市場需求，對(duì)便攜式電子產(chǎn)品的體積、重量、功能及使用壽命提出了更高的要求。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)高能量密度、長壽命及高安全性的二次電池是行業(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、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(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，鋰離子電池使用溶有鋰鹽的有機(jī)溶劑混合液作為電解液。優(yōu)選的有機(jī)溶劑應(yīng)該具有高的離子電導(dǎo)率，高的介電常數(shù)及低的粘度。然而，單一的有機(jī)溶劑很難同時(shí)滿足這些要求，所以，一般將高介電常數(shù)的有機(jī)溶劑與低粘度的有機(jī)溶劑混合液作為鋰離子電池電解液的溶劑。例如:鋰離子電池通常使用包含環(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質(zhì)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。日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社在中國申請(qǐng)?zhí)?0801010.2的專利公開了一種含(Rla)P=(O) (OR2a) (OR3a)(其中，Rla, R2a, R3a表示獨(dú)立的碳原子數(shù)為7-12的脂肪族烴基)化合物的電解液，其有效地控制了隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行而出現(xiàn)的放電容量下降和高溫保存時(shí)電池特性下降的現(xiàn)象。韓國三星SDI株式會(huì)社在中國申請(qǐng)?zhí)?00410001479.7專利中公開了一種含有(R1O)P=(OR2) (CH=C(R3) (R4))化合物的電解液，其有效地防止電池鼓脹及提高了電池的可靠性。
然而上述專利中的電池在高溫儲(chǔ)存性能及循環(huán)性能上仍不夠理想，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)明提供一種能夠抑制電池高溫儲(chǔ)存鼓脹及改善循環(huán)性能的的非水電解液。本發(fā)明也提供一種使用該非水電解液的鋰離子電池。
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
不飽和磷酸酯化合物，該磷酸酯化合物如結(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 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，所述磷酸酯化合物如結(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，所述磷酸酯化合物如結(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，所述磷酸酯化合物選自下列物質(zhì)之一或其混合物:磷酸三乙烯酯、磷酸三烯丙酯。
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，所述磷酸酯化合物的含量按電解液的總重量計(jì)為0.01%-2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5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6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、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)利要求廣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；以及不飽和磷酸酯化合物。該不飽和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)，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)H01M10/0525GK103151559SQ20131004610
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5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