一種鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液及制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發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于普通電解液質量0.1～5％的含硫、氟元素和苯環官能團的功能添加劑得到。普通電解液由環狀碳酸酯、線性碳酸酯和導電鋰鹽構成；功能添加劑為氟化苯硫醚類，結構如式1所示，其中n=0～4，x=0～3。本發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、負極表面形成一層致密、穩定的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生的持續氧化/還原反應，有效提高電池循環壽命。將含該添加劑的電解液應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用
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰離子電池領域，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用。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池因其具有優良的特性(工作電壓高、比容量高、循環壽命長、與環境友好以及無記憶效應)，而成為目前發展最快亦最受重視的新型高能蓄電池，在實際應用中也已開始顯示出無法取代的巨大優勢。對鋰二次電池的研究正在積極地進行，以便滿足日益增加的對高能量密度電池的需要。
[0003]在對錳酸鋰改性研究中發現由過渡金屬取代的錳酸鋰LiMn2-XMxO4(M=Cr, Co, Ni，Cu, Fe, Mo, V)的循環性能明顯優于LiMn2O4,而且隨著過渡金屬摻雜量的增加，材料在5V附近出現另一個放電平臺。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性能而受到廣泛關注。
[0004]作為開發中的正極材料，鎳錳酸鋰存在的核心問題主要是:需要有能在高電壓下穩定工作的電解液。由于歷史的原因，現在廣泛使用的LiPF6電解液的主要應用領域是以鈷酸鋰為正極，以石墨為負極的鋰離子電池，這類電池的工作電壓最高也只能達到4.2V，所以電解液體系的設計也一般只能保證在4.5V以下的范圍內穩定使用，而鎳錳酸鋰的最高充電截止電壓可達5.2V，因此常規電解液在此條件下的氧化分解問題變得明顯起來。同時，Jahn-TelIer效應導致LiMn2O4中的部分Mn3+在充放電過程中發生歧化反應，生成惰性Mn2+，尖晶石結構逐漸遭到破壞直至坍塌，嚴重阻礙了鎳錳酸鋰的的發展及應用。
【發明內容】
[0005]本發明的首要目的在于克服現有技術的缺點與不足，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穩定性和安全性。
[0006]本發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用。
[0008]本發明的目的通過下述技術方案實現: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于普通電解液質量0.1?5%的功能添加劑得到的；所述的普通電解液由環狀碳酸酯溶劑、線性碳酸酯溶劑和導電鋰鹽構成；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選如下所示:環狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑的體積比為I?2，導電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8?1.2mol/L ；
[0010]所述的環狀碳酸酯溶劑優選為碳酸乙烯酯(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]所述的導電鋰鹽為LiPF6, 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所示的結構，其中n=0~4，x=0~3 ;
[0014]
【權利要求】
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于普通電解液質量0.1~5%的功能添加劑得到的；所述的普通電解液由環狀碳酸酯溶劑、線性碳酸酯溶劑和導電鋰鹽構成；所述的功能添加劑為氟化苯硫醚類化合物。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池高電壓碳酸酯基電解液，其特征在于:所述環狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑的體積比為I~2 ;導電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8 ~1.2mol/L。
3.根據權利要求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；所述的導電鋰鹽為LiPF6、LiBOB, LiS03CF3、LiClO4, LiAsF6,Li (CF3SO2) 2N 和 LiC (CF3SO2) 3 中的至少一種。
4.根據權利要求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所示的結構，其中n=0~4, x=0~3 ；
5.根據權利要求1~4任一項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，將導電鋰鹽加入環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于普通電解液質量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.根據權利要求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)所述環狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑的體積比為I~2 ;導電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8~1.2mol/L。
7.根據權利要求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；所述的導電鋰鹽為LiPF6、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所示的結構，其中n=0~4, x=0~3 ；
8.根據權利要求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行處理； 步驟(1)所述的分子篩為3A型4A型或5A型。
9.根據權利要求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.權利要求1~4任一項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用。
【文檔編號】H01M10/0567GK103515651SQ201310520628
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】邢麗丹, 黃文娜, 劉其峰, 許夢清, 李偉善 申請人:華南師范大學