一種鋰離子電池用非水電解液及使用該非水電解液的鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】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；有機溶劑；以及添加劑。該添加劑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存性能及循環(huán)性能。
【專利說明】一種鋰離子電池用非水電解液及使用該非水電解液的鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電化學領(lǐng)域，尤其涉及鋰離子電池領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]便攜式電子產(chǎn)品如照相機、數(shù)碼攝像機、移動電話、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。
[0003]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，廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品中。
[0004]鋰離子電池主要由正、負極、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溶劑混合液作為電解液。優(yōu)選的有機溶劑應(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，單一的有機溶劑很難同時滿足這些要求，所以，一般將高介電常數(shù)的有機溶劑與低粘度的有機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。
[0005]鋰離子電池在首次充電過程中，鋰離子從正極活性物質(zhì)晶格中脫嵌出來，在電壓的驅(qū)動下向負極遷移，然后嵌入到負極碳材料中。在該過程中，電解液與碳負極表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生Li2CO3, Li2O, LiOH等物質(zhì)，從而在碳負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存及在高溫條件下進行充放電循環(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。由于SEI膜的質(zhì)量對鋰離子電池的高溫儲存性能及循環(huán)性能至關(guān)重要，因此通過調(diào)控來改善SEI膜的質(zhì)量對實現(xiàn)高性能鋰離子電池是十分必要的。為了解決這個問題，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。科研工作者經(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。
[0006]然而上述添加劑在高溫儲存性能及循環(huán)性能上仍不夠理想，在較高的溫度下仍會出現(xiàn)電解液的分解而導(dǎo)致氣脹，從而帶來嚴重的安全隱患，因此有必要開發(fā)新的添加劑來進一步提高鋰離子電池的高溫儲存性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于，提供一種能夠抑制電池高溫儲存鼓脹及改善循環(huán)性能的非水電解液及使用該非水電解液的鋰離子電池。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0009]一種鋰離子電池用非水電解液，包括:鋰鹽、有機溶劑、以及添加劑，所述添加劑為下列結(jié)構(gòu)式1、結(jié)構(gòu)式2所示的化合物中的一種或兩種，
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池用非水電解液，包括:鋰鹽、有機溶劑、以及添加劑，其特征在于:所述添加劑為下列結(jié)構(gòu)式1、結(jié)構(gòu)式2所示的化合物中的一種或兩種，
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，所述含不飽和鍵的添加劑的結(jié)構(gòu)為下列結(jié)構(gòu)式3、結(jié)構(gòu)式4所示的化合物中的一種或兩種，
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，所述添加劑的含量按電解液的總重量計為0.01%-2%。
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，所述鋰離子電池用非水電解液還含有下列物質(zhì)中的一種或多種組合:碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺內(nèi)酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的鋰離子電池用非水電解液，其特征在于，所述有機溶劑選自環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、脂肪族羧酸酯、Y-內(nèi)酯、環(huán)狀醚、鏈狀醚和它們中任一者的氟衍生物的一種或兩種以上的溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5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組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5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組合。
8.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，所述鋰鹽選自:LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(S02CF3) 2、LiN(S02C2F5) 2、LiC(S02CF3) 3、LiN(S02F) 2中的至少一種。
9.一種鋰離子電池，包括: 權(quán)利要求1~8任意一項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極 '及 置于正極與負極之間的隔膜。`
【文檔編號】H01M10/0525GK103594727SQ201310562553
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】石橋, 胡時光 申請人:深圳新宙邦科技股份有限公司