[发明专利]以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液及二次注液的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种采用碳酸丙烯酯(PC)作为电解液主溶剂的锂离子电池电解液，该电解液中锂盐浓度高，与PC形成溶剂化产物后，可抑制PC嵌入石墨，形成以LiF为主的SEI膜，从而可以显著改善电池的首次效率、循环性能和低温放电性能；以及包含该电解液的二次注液的锂离子电池。

背景技术

目前锂离子电池负极材料中使用最多的还是石墨类材料如天然石墨，而PC溶剂无法在这些石墨类电极表面形成有效的钝化膜，容易随着锂离子共同嵌入石墨层，对石墨电极结构造成破坏，导致电池可逆容量低，循环性能差，严重影响电池性能，因此目前PC主要加入少量，用作添加剂改善电解液的低温性能，而无法取代EC作为溶剂主成分使用。寻找抑制PC嵌入石墨的方法，从而能够采用PC作为锂离子电池的主要溶剂组分，对提高锂离子电池的高低温性能具有重要意义。并且随着研究的深入发现硅负极等系列负极也存在类似的问题，这对新负极的电池性能的提升也具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种包含功能添加剂的以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，以及采用人造石墨、天然石墨、硅负极、金属氮化物类等负极材料、包含上述以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液的二次注液的锂离子电池。

本发明所述以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液所采用的技术方案是：该电解液中包括非水有机溶剂、电解质盐和添加剂，其特征在于：所述非水有机溶剂包括有主组分碳酸丙烯酯和其他组分非水溶剂，其中碳酸丙烯酯为电解液总质量的50%～100%,所述电解质盐为锂盐，所述锂盐浓度为2.5～4.0mol/L，所述添加剂包括常规成膜添加剂。

上述方案可见，以碳酸丙烯酯(PC)作为电解液的主溶剂，向该电解液中加入高浓度的锂盐，可以使得Li离子溶剂化产物为Li(PC)₃PF₆，该结构可以使得电解液在负极形成以LiF为主的SEI膜,从而可以有效抑制碳酸丙烯酯溶剂随着锂离子共同嵌入石墨层，有效提高电池的初始放电容量和循环寿命，从而可以显著改善电解液的循环性能和低温放电性能。

一个优选的方案是，所述电解质盐为LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiBOB、LiDFOB、LiFAP、LiAsF₆、LiSbF₆、LiCF₃S0₃、LiN(SO₂CF₃)₂、LiN(SO₂C₂F₅)₂、LiN(SO₂CF₃)₂、LiN(SO₂C₄F₉)₂、LiC(SO₂CF₃)₃、LiPF₃(C₃F₇)₃、LiB(CF₃)₄或LiBF₃(C₂F₅)中的一种或一种以上的混合物，所述电解质盐在电解液中的浓度为2.5～4.0mol/L。

上述方案可见，多种锂盐的选择，使得本发明的应用范围更广，对不同的电池体系均可满足，其应用范围广。

一个优选的方案是，所述常规成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯VC、碳酸乙烯亚乙酯VEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、硫酸乙烯酯DTD、硫酸亚乙烯酯ES、1，3-丙磺酸内酯1，3-PS、甲烷二磺酸亚甲酯MMDS、双乙二酸硼酸锂LiBOB、二氟草酸硼酸锂LiDFOB、亚硫酸丙烯酯TMS、三（三甲基硅烷）硼酸酯TMSB、三（三甲基硅烷）磷酸酯TMSP、乙二醇双(丙腈)醚EGBE、丁二腈SN、己二腈ADN、铯盐、铷盐、锶盐、钡盐中的一种或一种以上的混合物，所述常规成膜添加剂在电解液中的含量为0.1%～10%。

上述方案可见，多种添加剂的选择，使得本发明的应用范围更广，对不同的电解液体系均可满足，其应用范围广。