CN103367801A - 能提高锂离子电池高温性能的电解液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特点是由以下成份组成：（A）锂盐，（B）碳酸酯类和/或醚类/或羧酸酯类有机溶剂，（C）高温添加剂和（D）其他功能添加剂；其中（A）锂盐在电解液中的摩尔浓度范围是：0.001-2摩尔/升，（C）高温添加剂在电解液中的质量分数范围是0-20%，但不为0，（D）其他功能添加剂在电解液中的摩尔浓度范围是：0-0.5摩尔/升；添加了高温添加剂的锂离子电解液能大大提高电解液的高温性能，有利于锂离子电池的循环寿命和储存寿命的提高。

Description

能提高锂离子电池高温性能的电解液

技术领域

本发明涉及一种能提高锂离子电池高温性能的电解液，属于材料技术领域。

背景技术

目前，商业化锂离子电池电解液主要由有机碳酸酯(如碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC)，乙烯碳酸酯(EC)等)和导电锂盐(主要是LiPF₆)组成。有机碳酸酯非水电解液的优化和选择是提高锂离子电池综合性能的重要研究方向之一。应用于锂离子电池的非水电解液，一般应满足以下要求：(1)离子电导率高，一般应达到10-3S/cm；(2)锂离子迁移数高，以获得高的锂离子电导率；(3)电化学窗口宽，即满足锂离子在正、负极的可逆嵌入和脱出；(4)热稳定性高，在较宽的工作温度范围内不发生化学或电化学分解；(5)化学稳定性高，即与电池体系的电极材料如正极、负极、集流体、粘结剂、导电剂和隔膜等不发生化学反应；(6)具有较低的界面转移电阻；(7)与目前主要使用的正负极材料兼容性好；(8)无毒、无污染、使用安全，最好能生物降解；(9)容易制备，成本低。

经过几十年的研究和实践，目前应用于商业化锂离子电池的非水电解液一般选择六氟磷酸锂(LiPF₆)作为导电盐，溶剂多为高粘度、高介电常数的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)与低粘度、低介电常数的碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、或甲基乙基碳酸酯(EMC)构成的混合溶剂。此类体系最终能够大规模使用，并非其各项指标具有突出的特性，而是其综合指标基本能满足现有二次锂电池的产业应用要求。

但是目前的电解液体系存在如下问题：高温下电解质盐不稳定，容易分解造成电解液酸度升高，破坏电极材料；同时目前电解液在负极表面所形成的钝化膜(SEI)在高温下不稳定，易发生分解和变性，造成电解液直接接触电极表面，这会破坏电极材料的稳定性；并会造成电池容量的不断衰减，严重损害电池的循环和储存寿命。

因此，开发在较高温度条件下使用的电解液，对锂离子电池循环寿命、储存寿命的提高都具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高锂离子电池高温性能的电解液。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

所述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特点是：由以下成份组成：(A)锂盐，(B)碳酸酯类和/或醚类/或羧酸酯类有机溶剂，(C)高温添加剂和(D)其他功能添加剂；其中(A)锂盐在电解液中的摩尔浓度范围是：0.001-2摩尔/升，(C)高温添加剂在电解液中的质量分数范围是：0-20％，但不为0，(D)其他功能添加剂在电解液中的摩尔浓度范围是：0-0.5摩尔/升；所述的高温添加剂为下列结构式中的一种或几种共存：

上述结构式中的R₁～R₄分别独立地选自H、卤素、烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、烯烃基、卤代烯烃基，其中：卤素为F、Cl或Br，卤代包含部分取代和全取代。

进一步地，前述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其中：所述的高温添加剂为下列结构式中的一种或几种共存：

进一步地，前述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其中：所述的(A)锂盐可以是具有如下分子式的化合物中的一种或几种共存：LiBF₄，LiPF₆，LiAsF₆，LiClO₄，LiN(SO₂F)₂，LiN(SO₂CF₃)₂，LiN(SO₂C₂F₅)₂，LiSO₃CF₃，LiC₂O₄BC₂O₄，LiF₂BC₂O₄。

进一步地，前述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其中：所述的(B)碳酸酯类有机溶剂为环状的碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物；所述的醚类有机溶剂选自四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-Methyl-THF)、1，3-二氧环戊烷(DOL)、二甲氧甲烷(DMM)、1，2-二甲氧乙烷(DME)和二甘醇二甲醚(dimethyl carbitol)中的一种或几种共存；所述的羧酸酯类有机溶剂选自甲酸甲酯(MF)、甲酸乙酯(ME)、乙酸乙酯(EA)、乙酸甲酯(MA)以及碳数为3-6的直链或支链脂肪单醇与羧酸合成的羧酸酯及衍生物中的一种或几种共存。

进一步地，前述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其中：所述的环状的碳酸酯类化合物优选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)和碳酸亚丁酯(BC)中的一种或几种；所述的链状碳酸酯类化合物优选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。

进一步的，前述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其中：所述的(D)其他功能添加剂是下列化合物中的一种或几种共存：碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1、3-丙磺酸内酯(PS)，1，3-丙烷磺酸内酯(1，3-PS)，硫酸亚乙酯(DTD)，硫酸乙烯酯(ESA)，环己基苯(CHB)，叔丁基苯(TBB)，叔戊基苯(TPB)和丁二氰(SN)。

本发明的有益效果是：通过在锂离子电池电解液中添加高温添加剂，能大大提高电解液的高温性能，有利于提高锂离子电池的循环寿命和储存寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。但这些实施例不构成对本发明的任何限制。其中实施例1-4是未添加高温添加剂的对比例。

由以上对比例和实施例可知，添加了高温添加剂的锂离子电解液能大大提高电解液的高温性能，有利于锂离子电池的循环寿命和储存寿命的提高。

本发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特征在于：由以下成份组成：（A）锂盐，（B）碳酸酯类和/或醚类/或羧酸酯类有机溶剂，（C）高温添加剂和（D）其他功能添加剂；其中（A）锂盐在电解液中的摩尔浓度范围是：0.001 - 2 摩尔/升，（C）高温添加剂在电解液中的质量分数范围是：0-20%，但不为0，（D）其他功能添加剂在电解液中的摩尔浓度范围是：0-0.5 摩尔/升；所述的高温添加剂为下列结构式中的一种或几种共存：

(1) 

 (2) (3)

(4)      

(5)     

(6)  

 (7)      

(8) ；

上述结构式中的R₁～R₄分别独立地选自H、卤素、烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、烯烃基、卤代烯烃基 ，其中：卤素为F、Cl或Br，卤代包含部分取代和全取代。

2.根据权利要求1所述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特征在于：所述的高温添加剂为下列结构式中的一种或几种共存：

（C-1）

（C-2）

（C-3） 

（C-4）

  （C-5）

 （C-6）

（C-7）

（C-8）。

3.根据权利要求1或2所述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特征在于：所述的（A）锂盐可以是具有如下分子式的化合物中的一种或几种共存：LiBF₄，LiPF₆，LiAsF₆，LiClO₄，LiN(SO₂F)₂，LiN(SO₂CF3)₂，LiN(SO₂C₂F₅)₂，LiSO₃CF₃，LiC₂O₄BC₂O₄，LiF₂BC₂O₄。

4.根据权利要求1或2所述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特征在于：所述的（B）碳酸酯类有机溶剂为环状的碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物；所述的醚类有机溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1，2-二甲氧乙烷和二甘醇二甲醚中的一种或几种共存；所述的羧酸酯类有机溶剂选自甲酸甲酯，甲酸乙酯，乙酸乙酯，乙酸甲酯以及碳数为3-6的直链或支链脂肪单醇与羧酸合成的羧酸酯及衍生物中的一种或几种共存。

5.根据权利要求4所述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特征在于：所述的环状的碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或几种共存；所述的链状碳酸酯类化合物选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种共存。

6.根据权利要求1或2所述的能提高锂离子电池高温性能的电解液，其特征在于：所述的（D）其他功能添加剂是下列化合物中的一种或几种共存：碳酸亚乙烯酯，碳酸乙烯亚乙酯，氟代碳酸乙烯酯，1、3-丙磺酸内酯，1,3-丙烷磺酸内酯，硫酸亚乙酯，硫酸乙烯酯，环己基苯，叔丁基苯，叔戊基苯和丁二氰。