[发明专利]锂离子电池用的非水电解液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电解液体系技术领域，特别涉及一种锂离子电池用的非水电解液及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优点，成为目前新能源领域的研究热点。随着锂离子电池商业化的不断发展，提高锂离子电池的循环稳定性、高低温放电性能以及安全性能备受人们的关注。

锂离子电池主要由正极、负极和电解液三个部分组成。商品化的锂离子电池中，正负极主要以锂钴氧化物和石墨为嵌锂材料，电解液主要以聚丙烯和聚乙烯的复合膜为隔膜、以链式和环式碳酸酯的混合溶剂为溶剂、以LiPF₆为支持电解质。

为提高锂离子电池的性能和降低电池的成本，人们进行了大量的研究，已发展出多种多样的正负极材料，例如正极除过渡金属层状氧化物和尖晶石氧化物外，还发展出了橄榄石型盐类以及过渡金属硫化物等；负极除层状石墨外，还发展出钛酸锂、硅基和锡基合金等。但电池的性能并未从本质上得到改善与提高，仍然无法满足动力锂离子电池的要求。究其原因虽然有正负极活性材料本身结构不稳定性的因素，但更重要的原因是电池体系中电解质与电极材料之间发生的化学和电化学反应；碳酸酯-LiPF₆系电解液体系自身的局限性、稳定性与安全性能隐患等。显然，要从本质上解决锂离子电池的系列“短板”问题，如：高低温性能、安全性能、阻燃性能等，必须从优化锂离子电池电解液的组成与配比，改善锂离子电池电解液/电极界面性质等方面来提高锂离子电池的性能。

锂离子在首次充电过程中，由于电解液溶剂分子的分解，在电极/电解液界面上会形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层具有传导锂离子的特征，成为固体电解质界面膜(solid electrolyte interface)，简称SEI膜。SEI膜的形成有其不利的一面，即消耗锂离子产生不可逆容量损失并阻碍嵌锂材料的锂离子脱嵌过程；但是其也有存在的价值，SEI膜能够抑制嵌锂材料与电解液间的不良相互作用。电极/电解液界面的SEI膜对锂离子电池的性能起着非常重要的作用，如：初始放电容量、循环寿命、高低温放电性能等。优化改善SEI膜的性质主要从以下四个方面取得，(1)优化电解液溶剂的组成与配比；(2)引入成膜添加剂；(3)优化电解质导电锂盐；(4)改善电极材料的性质。应用现有的电解液制备的电池仍然具有首次充放电不可逆容量损失大以及循环寿命低等缺点。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种锂离子电池用的非水电解液。

本发明的另一目的在于提供所述锂离子电池用的非水电解液的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述锂离子电池用的非水电解液的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锂离子电池用的非水电解液，包含以下成分：环状碳酸酯、链状碳酸酯、锂盐和成膜添加剂；其中，环状碳酸酯和链状碳酸酯按质量比1∶(1.5～3)混合，锂盐在环状碳酸酯和链状碳酸酯形成的混合液中的浓度为0.8～1.5mol/L，成膜添加剂的使用质量相当于上述环状碳酸酯、链状碳酸酯和锂盐组成的溶液质量的0.01～5％；

所述的成膜添加剂为二甲基碳酸亚乙烯酯、呋喃酮或α-当归内酯中的一种或至少两种；

所述的环状碳酸酯优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)或γ-丁内酯(GBL)中的至少一种；

所述的链状碳酸脂的形态为液态；

所述的链状碳酸酯优选为二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯或乙基丙基碳酸酯中的至少一种；

所述锂盐的浓度更优选为0.8～1.2mol/L；

所述锂盐优选为LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiAsF₆、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiBOB、LiDFOB或LiN(C₂F₅SO₂)₂中的至少一种；

所述锂离子电池用的非水电解液的制备方法，包含以下步骤：

(1)将环状碳酸酯和链状碳酸酯按质量比1∶(1.5～3)混合，纯化，得到非水溶剂；

(2)将锂盐溶解于步骤(1)得到的非水溶剂中，浓度为0.8～1.5mol/L，得到普通电解液；