鋰離子二次電池及含有該電解液的鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種鋰離子二次電池電解液及含有該電解液的鋰離子電池，電解液包括在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量為0.5％～20％的二烷基焦碳酸酯衍生物，在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量0.1％～20％的環(huán)狀醚類化合物，在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量0.1％～20％的硼酸鋰鹽添加劑；所述二烷基焦碳酸酯衍生物的結(jié)構(gòu)式下式所示：其中，R1、R2為烷基、烯烴基、鹵代烷基、芳香基、含有鹵素取代基的芳香基團(tuán)或含氧基團(tuán)中的一種或兩種以上。在電解液中添加二烷基焦碳酸酯衍生物和環(huán)狀醚類化合物，可以改善添加了含硼酸鋰鹽添加劑的鋰離子二次電池電解液，在鋰離子電池首次充電時(shí)，形成穩(wěn)定、致密、有韌性的SEI膜，改善電解液的低溫放電性能以及循環(huán)性能。
【專利說(shuō)明】鋰離子二次電池及含有該電解液的鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池，尤其是改善電池循環(huán)性能的鋰離子二次電池及其電解液。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的綠色高能環(huán)保電池，由于其具有電壓高、體積小、質(zhì)量輕、比能量高、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等強(qiáng)調(diào)輕薄短小、多功能的便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用上迅速普及。
[0003]石墨是鋰離子電池最常用的負(fù)極材料，也是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的電極材料。電池在首次充電過(guò)程中，由電池的正極的鋰-過(guò)渡金屬氧化物釋放出的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液，透過(guò)隔離膜到達(dá)石墨負(fù)極，并且在石墨負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)生成半碳酸鋰，磺酸鋰等鋰鹽，由此在負(fù)極表面形成薄膜。這類型的薄膜被稱為有機(jī)固體電解液界面(SEI)膜。一旦形成SEI薄膜，鋰離子就不再與碳負(fù)極或其它材料反應(yīng)，使得鋰離子的量得到保持。也就是說(shuō)，初始充電期間負(fù)極的碳與電解液反應(yīng)，從而在負(fù)極表面形成諸如SEI薄膜的鈍化層，使得電解液不再分解，并可以維持穩(wěn)定的充放電(J.Power Sources, 51 (1994), 79-104)。因此，在二次鋰電池中，在初始充電反應(yīng)之后可以維持穩(wěn)定的循環(huán)壽命。然而，由于碳酸酯基有機(jī)溶劑在SEI薄膜形成期間的分解，導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體(J.Power Sources,72(1998)，66-70)，例如H2、CO、⑶2、CH4、乙烷、丙烷和丙烯等。使得電池容量、循環(huán)以及低溫放電等性能變差。
[0004]雙草酸硼酸鋰[LiB(C204)2，LiBOB]是人們最近開(kāi)發(fā)出的新型有機(jī)硼酸鋰鹽之一，具有良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，與碳酸丙烯酯(PC)等有機(jī)溶劑構(gòu)成的電解液在陽(yáng)極上能形成穩(wěn)定而致密的固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜，具有良好的循環(huán)性能，是最可能替代現(xiàn)有電解質(zhì)LiPF6實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的鋰鹽。但是雙草酸硼酸鋰在碳酸酯溶劑中的溶解度較小，其較低的濃度與電導(dǎo)率不能滿足工業(yè)化要求與日益增長(zhǎng)的能量密度的要求；且其低溫性能較以LiPF6為鋰鹽的電解液體系差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鋰離子二次電池用電解液及含有該電解液的鋰離子電池。通過(guò)在電解液中添加二烷基焦碳酸酯衍生物和環(huán)狀醚類化合物，可以改善添加了含硼酸鋰鹽添加劑的鋰離子二次電池電解液，在鋰離子電池首次充電時(shí)，形成穩(wěn)定、致密、有韌性的SEI膜，改善電解液的低溫放電性能以及循環(huán)性能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]鋰離子二次電池電解液，其特征在于:包括非水溶劑和溶解在非水溶劑中的鋰鹽；還包括硼酸鋰鹽添加劑、環(huán)狀醚類化合物和二烷基焦碳酸酯衍生物；所述二烷基焦碳酸酯衍生物在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量為:0.5%?20%，所述環(huán)狀醚類化合物在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量0.1 %~20 %，所述含硼酸鋰鹽添加劑在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量
0.1%~20% ;所述二烷基焦碳酸酯衍生物的結(jié)構(gòu)式下式所示:
【權(quán)利要求】
1.鋰離子二次電池電解液，其特征在于:包括非水溶劑和溶解在非水溶劑中的鋰鹽；還包括硼酸鋰鹽添加劑、環(huán)狀醚類化合物和二烷基焦碳酸酯衍生物；所述二烷基焦碳酸酯衍生物在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量為:0.5%~20%，所述環(huán)狀醚類化合物在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量0.1 %~20 %，所述含硼酸鋰鹽添加劑在非水溶劑中的質(zhì)量百分含量0.1%~20% ;所述二烷基焦碳酸酯衍生物的結(jié)構(gòu)式下式所示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:化學(xué)式(1)表示的二烷基焦碳酸酯衍生物為由下述式(I)至(IV)表示的二烷基焦碳酸酯衍生物中的至少一種:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述硼酸鋰鹽添加劑為L(zhǎng)iBF4、LiBOB和LiDFOB中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述環(huán)狀醚類化合物為12-冠醚-4、15-冠醚-5、18-冠醚-6、二苯-18-冠_6、二氮-18-冠-6、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、2，3- 二氫呋喃、2，5- 二氫呋喃、1，3- 二氧環(huán)戊烷和4-甲基-1，3- 二氧環(huán)戊烷中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述非水有機(jī)溶劑含有有機(jī)砜類化合物、磺酸酯類化合物、鹵代環(huán)狀碳酸酯類化合物、碳酸亞烯烴基化合物、氰基化合物中的一種或兩種以上的組合；還含有環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯，選自二乙基碳酸酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、丁基內(nèi)酯、碳酸丁烯酯、二乙基碳酸酯、二丙基碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯中的一種或兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述鋰鹽選自LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)、LiPF6' LiBF4' LiBOB、LiAsF6' Li (CF3SO2)2N' LiCF3SO3' LiClO4 中的一種或兩種以上的組合，其中，X，I為自然數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述鋰鹽濃度為:0.5M ~1.5M。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述鋰鹽濃度為:0.5M ~1.5M。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述鋰鹽濃度為:0.5M ~1.5M。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述鋰鹽濃度為:0.5M ~1.5M。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子二次電池電解液，其特征在于:所述鋰鹽濃度為:0.5M ~1.5M。
12.—種鋰離子二次電池，包括正極片、負(fù)極片、間隔于相鄰正負(fù)極片之間的隔離膜以及電解液，其特征 在于:所述電解液為權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的鋰離子二次電池電解液。
【文檔編號(hào)】H01M10/0525GK104022310SQ201410270435
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】胡念, 王阿忠, 賴彩娥 申請(qǐng)人:廈門(mén)首能科技有限公司