[发明专利]一种高温高倍率锂离子电池用电解液

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温高倍率锂离子电池用电解液，具体地说，涉及一种适合在高倍率下进行充放电、在高温环境下进行正常工作的锂离子电池用电解液，属于电池材料领域。

背景技术

锂离子电池具有诸多优点，是近年来发展最快的电池体系之一。电解液作为锂离子电池的重要组成部分，在很大程度上影响着锂离子电池的电化学性能和安全性能。

目前取得实际应用的锂离子电池，其非质子电解液一般采用LiPF₆作为基础电解质锂盐，非质子有机溶剂多为环状碳酸酯（如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)）与链状碳酸酯（如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)或碳酸甲乙酯(EMC)）所组成的混合溶剂。这种电解液体系具有较高的电导率和较宽的电化学窗口，所组装的锂离子电池表现出了较好的循环性能及倍率性能。但除了易于水解之外，在较高温度条件（例如60℃）下，LiPF₆还易受热分解生成LiF和PF₅。PF₅是一种较强的路易斯酸和氟化配体，极易导致电解液聚合以及和有机溶剂反应。并且，在痕量水存在下，PF₅易水解生成对正极材料具有强溶蚀作用的HF。这些不利因素极大限制了使用LiPF₆基电解液电池的高温性能（廖红英,程宝英,郝志强.锂离子电池电解液[J].新材料产业,2003,118(9):34-37）。

开发热稳定性更高的新型电解质盐，以提高锂离子电池的高温性能是时下的研究热点之一。在新型锂盐中，受到关注较多的是双草酸硼酸锂(LiBOB)和二氟草酸硼酸锂(LiODFB)。除满足用作电解质锂盐的常规要求外，这两种锂盐还具有两个突出的特点：第一，LiBOB和LiODFB的热稳定性均非常优异，热分解温度分别可达302℃和240℃，这可极大提高电解液的耐高温性能。第二，LiBOB和LiODFB自身均具有较高的还原电位，且即使在纯的碳酸丙烯酯(PC)中，仍能在碳基负极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜（SEI）(蒲薇华,何向明,王莉,万春荣,姜长印.锂离子电池LiBOB电解质盐研究[J].化学进展,2006,18(12):1703-1709)，这可极大扩大电解液中非质子溶剂的选择范围，摆脱对EC（熔点高达37℃）的依赖，进而有望通过溶剂体系的优化来提升电池的低温性能及倍率性能。但虽然针对LiBOB和LiODFB的研究已进行了十余年，它们尚未取得大规模的实际应用。其主要原因在于它们在碳酸酯溶剂中所形成SEI膜的阻抗值偏高。

发明内容

本发明的目的是进一步降低SEI膜的阻抗，并改善电解液与正极材料的相容性，降低电解液对正极材料的溶蚀作用。

本发明是一种高温高倍率锂离子电池用电解液，该电解液以双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或它们的混合物作为基础锂盐；以碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、环丁砜、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯中几种溶剂的组合作为的混合非质子有机溶剂；以硫酸二氟硼酸锂或亚硫酸二氟硼酸锂或它们的混合物作为功能添加剂；基础锂盐的质量摩尔浓度为0.5~1.2 mol/kg。

本发明的优点在于以LiBOB或LiODFB作为基础锂盐，以含有硫元素的有机溶剂作为混合溶剂组成之一，以LiBSO₄F₂或LiBSO₃F₂作为功能添加剂，在优势互补原则的指导下，建立新型电解液体系，可在高温高倍率电池领域取得规模化应用。所构建电解液体系能耐受60℃的高温，且组装电池的倍率性能、循环性能优异。

具体实施方式

本发明是一种高温高倍率锂离子电池用电解液，该电解液以双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或它们的混合物作为基础锂盐；以碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、环丁砜、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯中几种溶剂的组合作为的混合非质子有机溶剂；以硫酸二氟硼酸锂或亚硫酸二氟硼酸锂或它们的混合物作为功能添加剂；基础锂盐的质量摩尔浓度为0.5~1.2 mol/kg。

所述基础锂盐的质量摩尔浓度为0.5~1.2 mol/kg。