一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液及制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液及制備方法與應(yīng)用。所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，是在普通電解液中加入相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量0.1～5％的含硫、氟元素和苯環(huán)官能團(tuán)的功能添加劑得到。普通電解液由環(huán)狀碳酸酯、線性碳酸酯和導(dǎo)電鋰鹽構(gòu)成；功能添加劑為氟化苯硫醚類，結(jié)構(gòu)如式1所示，其中n=0～4，x=0～3。本發(fā)明使用的功能添加劑在電池的首次充放電過程中能夠在電池正、負(fù)極表面形成一層致密、穩(wěn)定的SEI膜，有效抑制鎳錳酸鋰的Mn3+溶解，并抑制碳酸酯基電解液在電極表面發(fā)生的持續(xù)氧化/還原反應(yīng)，有效提高電池循環(huán)壽命。將含該添加劑的電解液應(yīng)用于制造高壓鋰離子電池，顯著提高電池的充放電性能。
【專利說明】一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液及制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液及制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因其具有優(yōu)良的特性(工作電壓高、比容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、與環(huán)境友好以及無記憶效應(yīng))，而成為目前發(fā)展最快亦最受重視的新型高能蓄電池，在實(shí)際應(yīng)用中也已開始顯示出無法取代的巨大優(yōu)勢(shì)。對(duì)鋰二次電池的研究正在積極地進(jìn)行，以便滿足日益增加的對(duì)高能量密度電池的需要。
[0003]在對(duì)錳酸鋰改性研究中發(fā)現(xiàn)由過渡金屬取代的錳酸鋰LiMn2-XMxO4(M=Cr, Co, Ni，Cu, Fe, Mo, V)的循環(huán)性能明顯優(yōu)于LiMn2O4,而且隨著過渡金屬摻雜量的增加，材料在5V附近出現(xiàn)另一個(gè)放電平臺(tái)。在這些尖晶石LiMn2-XMxO4材料中，LiMn1.5Ni0.504，理論容量為147mAh/g,能量密度為690Wh/Kg，并且具有較好的循環(huán)性能而受到廣泛關(guān)注。
[0004]作為開發(fā)中的正極材料，鎳錳酸鋰存在的核心問題主要是:需要有能在高電壓下穩(wěn)定工作的電解液。由于歷史的原因，現(xiàn)在廣泛使用的LiPF6電解液的主要應(yīng)用領(lǐng)域是以鈷酸鋰為正極，以石墨為負(fù)極的鋰離子電池，這類電池的工作電壓最高也只能達(dá)到4.2V，所以電解液體系的設(shè)計(jì)也一般只能保證在4.5V以下的范圍內(nèi)穩(wěn)定使用，而鎳錳酸鋰的最高充電截止電壓可達(dá)5.2V，因此常規(guī)電解液在此條件下的氧化分解問題變得明顯起來。同時(shí)，Jahn-TelIer效應(yīng)導(dǎo)致LiMn2O4中的部分Mn3+在充放電過程中發(fā)生歧化反應(yīng)，生成惰性Mn2+，尖晶石結(jié)構(gòu)逐漸遭到破壞直至坍塌，嚴(yán)重阻礙了鎳錳酸鋰的的發(fā)展及應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，該電解液能夠顯著提高鋰離子電池高電壓條件下的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液的制備方法。
[0007]本發(fā)明的再一目的在于提供上述鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，是在普通電解液中添加相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量0.1?5%的功能添加劑得到的；所述的普通電解液由環(huán)狀碳酸酯溶劑、線性碳酸酯溶劑和導(dǎo)電鋰鹽構(gòu)成；所述的功能添加劑為氟化苯硫醚類化合物；
[0009]所述的普通電解液的組成優(yōu)選如下所示:環(huán)狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑的體積比為I?2，導(dǎo)電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8?1.2mol/L ；
[0010]所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑優(yōu)選為碳酸乙烯酯(EC)；
[0011]所述的線性碳酸酯溶劑為碳酸二甲酯(DMC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的至少一種；[0012]所述的導(dǎo)電鋰鹽為L(zhǎng)iPF6, LiBOB, LiSO3CF3' LiClO4' LiAsF6, Li (CF3SO2)2N 和LiC(CF3SO2)3中的至少一種；
[0013]所述的氟化苯硫醚類化合物具有如式I所示的結(jié)構(gòu)，其中n=0~4，x=0~3 ;
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，其特征在于:所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液是在普通電解液中加入相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量0.1~5%的功能添加劑得到的；所述的普通電解液由環(huán)狀碳酸酯溶劑、線性碳酸酯溶劑和導(dǎo)電鋰鹽構(gòu)成；所述的功能添加劑為氟化苯硫醚類化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，其特征在于:所述環(huán)狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑的體積比為I~2 ;導(dǎo)電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8 ~1.2mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，其特征在于:所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯；所述的線性碳酸酯溶劑為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸甲丙酯中的至少一種；所述的導(dǎo)電鋰鹽為L(zhǎng)iPF6、LiBOB, LiS03CF3、LiClO4, LiAsF6,Li (CF3SO2) 2N 和 LiC (CF3SO2) 3 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，其特征在于:所述的氟化苯硫醚類化合物具有如式I所示的結(jié)構(gòu)，其中n=0~4, x=0~3 ；

5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑混合，純化除雜、除水，得到混合溶劑；在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽加入環(huán)狀碳酸酯和線性碳酸酯的混合溶劑中，攪拌均勻，得到普通電解液； (2)在步驟(1)得到的普通電解液中加入相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量0.1~5%的功能添加劑，得到鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液；所述的功能添加劑為氟化苯硫醚類化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液的制備方法，其特征在于:步驟(1)所述環(huán)狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑的體積比為I~2 ;導(dǎo)電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8~1.2mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液的制備方法，其特征在于: 步驟(1)所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯；所述的線性碳酸酯溶劑為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸甲丙酯中的至少一種；所述的導(dǎo)電鋰鹽為L(zhǎng)iPF6、LiB0B、LiSO3CF3' LiClO4' LiAsF6, Li (CF3SO2) 2N 和 LiC (CF3SO2) 3 中的至少一種； 步驟(2)所述的氟化苯硫醚類化合物具有如式I所示的結(jié)構(gòu)，其中n=0~4, x=0~3 ；
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液的制備方法，其特征在于: 步驟(1)中所述的室溫范圍為25~40°C ； 步驟(1)所述的純化除雜、除水為通過分子篩、活性炭、氫化鈣、氫化鋰、無水氧化鈣、氯化鈣、五氧化二磷、堿金屬和堿土金屬中的任意一種或至少兩種進(jìn)行處理； 步驟(1)所述的分子篩為3A型4A型或5A型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液的制備方法，其特征在于:所述的分子篩采用4A型或5A型。
10.權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液在制造鋰離子電池中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01M10/0567GK103515651SQ201310520628
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】邢麗丹, 黃文娜, 劉其峰, 許夢(mèng)清, 李偉善 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)