[发明专利]一种促进石墨负极成膜的电解液及使用该电解液的电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种可以促进石墨负极成膜的电解液及使用该电解液的电池。

背景技术

锂二次电池具有工作电压高、比能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及环境污染小等优点，已经广泛应用于各类电子消费品市场，也是未来电动车辆和各种电动工具的理想动力源。目前技术市场上，负极材料主要还是由石墨负极垄断，电解液普遍采用环状和线状混合的碳酸酯体系以兼顾粘度、溶解性和电导率等性质，再兼以各类功能性添加剂来满足锂离子电池的综合性能。

碳酸乙烯酯在石墨负极表面的电还原产物相对稳定，是电解液溶剂体系必不可少的组分，但是碳酸乙烯酯熔点高，不利于电解液的低温性能。碳酸丙烯酯具有较宽的液程范围，同时介电常数和给体数与碳酸乙烯酯相当，在一次锂电池中广泛使用，然而碳酸丙烯酯与石墨材料匹配使用时，碳酸丙烯酯容易共嵌进入石墨的层状结构中，导致石墨粉化破坏。学术界上前期研究工作希望通过在电解液中添加成膜添加剂(包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二草酸硼酸酯、二氟草酸硼酸酯、硫酸乙烯酯等)，优先于碳酸丙烯酯的共嵌电位成膜，以抑制碳酸丙烯酯的共嵌行为，这种技术方案从某个程度上控制了碳酸丙烯酯对石墨材料的破坏作用，但是目前所开发出的负极表面成膜添加剂功能性有限，电解液配方组合中，碳酸丙烯酯只适合少量添加，高介电常数溶剂主要成分还只能使用碳酸乙烯酯。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种促进石墨负极表面成膜的添加剂，以及含有该添加剂的电解液和一种锂离子电池，该添加剂能够在石墨负极表面形成有效的钝化膜，可以抑制碳酸丙烯酯分子共嵌进入石墨负极，使电解液中使用碳酸丙烯酯(PC)作为高介电常数溶剂组分时，锂离子电池具有优越的循环和低温性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种促进石墨负极成膜的电解液，包括电解质锂盐、二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、碳酸丙烯酯(PC)和非水有机溶剂，其中：所述二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)的化学结构如式(Ⅰ)所示：

所述二氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分含量为0.1％～30％。

所述碳酸丙烯酯在电解液中的质量百分含量不低于10％。

所述电解液中还含有其它添加剂，其他添加剂在电解液中的质量百分含量为0.5％～10％。

所述其他添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1,3-丙磺酸内酯(PS)，1,4-丁磺酸内酯(BS)，硫酸乙烯酯(DTD)，硫酸丙烯酯，亚硫酸乙烯酯和亚硫酸丙烯酯中的一种及以上。

所述非水有机溶剂包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁内酯(GBL)、乙酸甲酯(EM)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(EP)、乙酸丁酯(EB)、丙酸乙酯(PE)、丙酸丙酯(PP)、丙酸丁酯(PB)中的一种及以上。

所述电解质锂盐为LiBF₄、LiPF₆、LiPF₂O₂、LiAsF₆、LiClO₄、LiSO₃CF₃、LiB(C₂O₄)₂、LiBF₂C₂O₄、LiN(SO₂CF₃)₂、LiN(SO₂F)₂的一种及以上。

一种锂二次电池：包括正极片、负极片、隔膜和本发明所述的促进石墨负极成膜的电解液，正极片包括嵌入/脱嵌锂离子的正极活性材料、导电剂、集流体、将所述正极活性材料和导电剂与所述集流体结合的结合剂；负极片包括可嵌入或者脱嵌锂离子的负极活性材料、导电剂、集流体、将所述负极活性材料和导电剂与所述集流体结合的结合剂。

所述正极活性材料包括锂的金属氧化物和金属元素Mg、Al、Ti、Sn、V、Ge、Ga、B、Zr、Cr、Fe、Sr以及稀土元素中的一种以上；所述负极活性材料包括锂金属、锂合金、结晶碳、无定型碳、碳纤维、硬碳和软碳。

正极活性材料还包括聚阴离子锂化合物LiMx(PO4)y，所述M为Ni、Co、Mn、Fe、Ti和V的任一种，0≤x≤5，0≤y≤5)；所述负极活性材料中的结晶碳包括天然石墨、石墨化焦炭、石墨化MCMB、石墨化中间相沥青碳纤维中的一种及以上。