[发明专利]锂离子电池的高电压电解液添加剂、电解液及其制备方法、锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，特别涉及一种锂离子电池的高电压电解液添加剂、锂离子电池高电压电解液及其制备方法、锂离子二次电池。

背景技术

当前，人类正面临着资源估计和生存环境恶化的双重挑战。为此，世界各国正在努力研发新材料，推进低碳生活的新理念，促进人类社会由目前的高能耗、高消耗生活生产方式转向节能型、可循环的可持续发展方式。具体为大力推广清洁能源的应用，如太阳能、风能在发电领域的应用，以及使用混合动力汽车或纯电动汽车代替目前使用汽油的传统汽车。

清洁能源和新型汽车的应用均离不开中大型储能电池和动力电池。在众多储能电池和动力电池中，锂离子二次电池由于具有较高的能量密度和较长的使用寿命，已经逐渐取代传统的镍氢/镍镉二次电池，其在新能源汽车、风电储能和太阳能储能等新兴领域拥有巨大发展前景。随着电动汽车、混合动力车、无绳电动工具及军事上的应用的增多，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。为了提高电池的能量密度，提高正极材料的工作电位是必由之路。具有高电压和大容量的新的正极材料如富锂层状正极材料、尖晶石氧化物LiNi_0.5Mn_1.5O₄，它们的工作电压都比较高，电压的上限已经接近5V。目前商品化锂离子电池的液体电解液主要是基于碳酸乙烯酯(EC)的碳酸酯基电解液，当充电电压高于4.5V时，常规的碳酸酯基电解液溶剂会发生氧化分解，从而造成整个电池性能的下降。电解液的问题成为制约锂离子电池在高电压下工作的关键。因此，有必要提供一种新型的应用于高电压锂电池的电解液。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于锂离子电池的高电压电解液的添加剂、高电压电解液的制备方法以及应用该电解液的锂离子电池，本发明的添加剂应用于锂离子电池中，能够有效地提高锂离子电池高电压下的电池容量和循环寿命。

有鉴于此，本发明提供一种锂离子电池的高电压电解液添加剂，所述的添加剂为有机膦类，其结构式表示为：

                                                 

其中，R₁、 R₂、R₃选自烷烃基或氟代的烷烃基、烯烃基或氟代的烯烃基、炔烃基或氟代的炔烃基、芳烃基或氟代的芳烃基中的一种或几种。

本发明还提供一种锂离子电池高电压电解液，包括溶剂、电解质和上述的添加剂。

相应地，本发明还提供一种锂离子电池高电压电解液的制备方法，包括：

1)将环状碳酸酯溶剂和链状碳酸酯溶剂混合，其中环状碳酸酯溶剂与链状碳酸酯溶剂的体积比为1: 1~1:3;

2)将导电锂盐添加到上述混合溶剂中，使锂盐浓度为0.5-1.5mol/L;

3)向步骤2)的混合物体系中添加权利要求1所述的添加剂，使其质量占电解液总质量的0.5~2%。

作为本发明的进一步改进，所述的环状碳酸酯为碳酸乙烯酯，所述的链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或两种。

作为本发明的进一步改进，所述的导电锂盐选自LiPF₆、LiClO₄、LiAsF₆、LiBF₄、LiCF₃SO₃或Li (CF₃SO₂)₂N，优选为LiPF₆。

本发明还提供一种锂离子二次电池，包括：正极、负极、设置在正极和负极之间的隔膜和上述的电解液。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1) 相对于砜类溶剂及添加剂，本发明所述的高电压电解液对负极材料、隔膜没有特殊的要求，所述的添加剂，能够先于电解液的氧化分解，在充电过程中被氧化，从而在正极表面形成一层几纳米厚的均匀的SEI(Solid electrolyte Interface)膜，该SEI层能够有效地阻止高电压下电解液在正极的氧化分解以及电解液对正极材料的腐蚀，从而使得锂离子电池在高电压下的电池容量和循环寿命显著地提高。

(2)本发明所述的制备方法制备的电解液对电池容量影响较小，且制备方法简单，成本低，具有较好的应用前景。

附图说明