鋰離子電池用高電壓電解液的制作方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體是指一種用于鋰離子電池的電解液。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 能量密度、低成本和安全性是鋰離子電池行業(yè)研究的主要方向。鋰離子電池的能 量由鋰電池容量和充電截止電壓決定，因此為了提高鋰電池的能量密度，需要提高充電截 止電壓或者采用新型的高能量密度鋰電池材料體系。雖然大多數(shù)新型高能量密度鋰電池材 料如富鋰錳基正極材料的開發(fā)，已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)成為研發(fā)的熱點(diǎn)，但仍然處于基礎(chǔ)研 究階段。因此，提高充電截止電壓已經(jīng)成為目前研發(fā)的熱點(diǎn)。以LiNiO. 5Mnl.504，LiC〇P04 為代表的高電壓正極材料的放電電壓可高達(dá)4.7V左右，雖然從正極材料角度來看，它已經(jīng) 具備產(chǎn)業(yè)化制備的能力，但因?yàn)槿鄙傧嗥ヅ涞母唠妷弘娊庖?，?dǎo)致其一直未實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。 一旦5V高電壓電解液取得突破，這些新型高電壓材料將可以大規(guī)模應(yīng)用，將進(jìn)一步提高鋰 離子電池的能量密度，拓寬鋰離子在電動汽車上的使用范圍，從而進(jìn)一步推動電動汽車的 商業(yè)化應(yīng)用。
[0005] 目前商品化鋰離子電池的電解液，一旦充電截止電壓超過4. 3V，常規(guī)的碳酸酯基 電解液會發(fā)生氧化分解造成電池內(nèi)阻上升，從而導(dǎo)致整個(gè)電池的循環(huán)性能下降。為了提高 電解液的截止電壓，申請?zhí)枮?01210122805. 4的中國專利申請公開了一種高電壓鋰離子 電池電解液，采用氟代碳酸乙烯酯代替目前商業(yè)化的常規(guī)碳酸酯類溶劑而得到高電壓電解 液。這種氟代碳酸酯只含有一個(gè)氟，電解質(zhì)鹽的溶解性較好，但由于含氟率低而造成阻燃性 降低。另一方面含氟烷基的末端為全氟的碳酸酯(特開2001-256983)雖然阻燃性較高，但 溶解性較差。而且單獨(dú)使用氟代碳酸酯類化合物容易與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)。
[0006] 另外對于高電壓電解液，添加含氟醚類也被提案(特開2000-294281，申請?zhí)?200680011015. 1)。對于含氟醚類沸點(diǎn)比較低，很難單獨(dú)使用。還存在著與用作電解質(zhì) 鹽溶解用溶劑的碳酸酯的相溶性低，容易引起2相分離，而且不容易形成穩(wěn)定的Solid Electrolyte Interface (SEI)膜。
[0007] 由于上述原因，目前公開的專利主要以氟代溶劑和常規(guī)溶劑混合的方式作為高電 壓電解液，但實(shí)際上氟代溶劑一旦與常規(guī)電解液混合后，其混合電解液的耐氧化性降低。
[0008] 本發(fā)明為了解決上述難題，目的在于提供一種高電壓穩(wěn)定的電解液，同時(shí)不與鋰 發(fā)生反應(yīng)，而且，粘度低，低溫特性和阻燃性能優(yōu)異的電解液。
[0009] 本發(fā)明經(jīng)銳意的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有氟代碳酸酯類化合物、氟代醚類化合物和草 酸二氟硼酸鋰和六氟磷酸鋰組成的混合電解液，而且這種電解液很容易在不同電池使用條 件下，容易形成良好的穩(wěn)定的SEI膜，可以解決目前5V電解液上述存在的一系列難題。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的旨在提供含有氟代碳酸酯類化合物、氟代醚類化合物和草酸二氟硼 酸鋰和六氟磷酸鋰組成的一種鋰離子電池用高電壓電解液。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： 提供一種鋰離子電池用高電壓電解液，其特征在于：它包括鋰離子電池用耐高電壓5V 電解液，所述電解液中含有氟代碳酸酯類化合物和氟代醚類化合物和草酸二氟硼酸鋰和六 氟磷酸鋰組成；其中，所述電解液的溶劑按100重量份；氟代碳酸酯類化合物為30-70重量 份；氟代醚類化合物為30-70重量份；草酸二氟硼酸鋰為1-5重量份；所述LiPF6濃度為 0? 9mol/l_L 4mol/L〇
[0013] 不包含草酸二氟硼酸鋰的電解質(zhì)鋰鹽在溶劑中的摩爾濃度為0. 9-1. 5mol/L。
[0014] 其中氟代碳酸酯化合物，可以用化學(xué)式表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池用高電壓電解液，其特征在于：它包括鋰離子電池用耐高電壓5V電 解液，所述電解液中包括氟代碳酸酯類化合物和氟代醚類化合物和草酸二氟硼酸鋰和六氟 磷酸鋰；其中，所述電解液的溶劑按100重量份；氟代碳酸酯類化合物為30-70重量份；氟 代醚類化合物為30-70重量份；草酸二氟硼酸鋰為1-5重量份；所述LiPF6濃度為0. 9mol/ 1-1. 4mol/L ;不包含草酸二氟硼酸鋰的電解質(zhì)鋰鹽在溶劑中的摩爾濃度為0. 9-1. 5mol/L。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用高電壓電解液電解液，其特征在于：所述氟代碳 酸酯化合物，可以用化學(xué)式表示為：
〔化學(xué)式2) (化學(xué)式1)中R1-R2分別為碳個(gè)數(shù)1-3個(gè)的烴基或含氟烴基，其中，Rl和R2中至少一 個(gè)具有氟原子；（化學(xué)式2)中R3和R4可以為H原子、氟原子、碳個(gè)數(shù)為1-3個(gè)的烷基或含 氟烷基，其中R3和R4中至少一個(gè)具有氟原子。
3. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用高電壓電解液電解液，其特征在于：所述氟代醚 類化合物，可以用化學(xué)式表示為： R5 - O- R6 (化學(xué)式 3) (化學(xué)式3)中R5-R6分別表示碳原子數(shù)為1-15的烴基，而且，F(xiàn)原子數(shù)目/C原子數(shù)目 >1。
4. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用高電壓電解液電解液，其特征在于：所述電解液 的粘度為2CP以下。
5. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用高電壓電解液電解液，其特征在于：所述電解液 自熄時(shí)間小于5S。
【專利摘要】鋰離子電池用高電壓電解液，它包括鋰離子電池用耐高電壓5V電解液，所述電解液中包括氟代碳酸酯類化合物和氟代醚類化合物和草酸二氟硼酸鋰和六氟磷酸鋰；其中，所述電解液的溶劑按100重量份；氟代碳酸酯類化合物為30-70重量份；氟代醚類化合物為30-70重量份；草酸二氟硼酸鋰為1-5重量份；不包含草酸二氟硼酸鋰的電解質(zhì)鋰鹽在溶劑中的摩爾濃度為0.9-1.5mol/L；本發(fā)明提供了一種自熄時(shí)間小于5s、粘度小于2cp且高電壓穩(wěn)定的多功能鋰離子電池電解液；適用于目前商業(yè)化的正極材料如鎳錳酸鋰、磷酸鈷鋰、磷酸釩鋰、高電壓鎳鈷錳三元材料，磷酸錳鋰，高電壓鈷酸鋰，負(fù)極材料如石墨，鈦酸鋰。
【IPC分類】H01M10-0569
【公開號】CN104659417
【申請?zhí)枴緾N201510060095
【發(fā)明人】陳建生, 宋善林
【申請人】湖北九邦新能源科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月5日