一種非水電解液及其製備方法以及一種鋰離子電池的製作方法
2023-04-25 23:26:11 1
一種非水電解液及其製備方法以及一種鋰離子電池的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種非水電解液及其製備方法以及一種鋰離子電池，電解液主要包括：有機溶劑、導電鋰鹽和添加劑，有機溶劑為環狀碳酸酯溶劑、芳香烴溶劑和線性溶劑的一種以上組成，導電鋰鹽在有機溶劑中的濃度為0.8-1.5mol/L，添加劑的用量為有機溶劑重量的0.1-10.0%，添加劑為噻吩基異氰酸酯化合物。電解液中添加了上述添加劑後能夠在電池的電極表面優先於電解液發生反應形成界面膜，改善電極/電解液界面性質，抑制電解液在電極材料表面的氧化或者還原分解，提高電解液與電極的兼容性，並且能夠減少過渡金屬從正極上的溶出，抑制過渡金屬在負極上的沉積和還原，保護電極材料。
【專利說明】一種非水電解液及其製備方法以及一種鋰離子電池
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋰離子電池製備領域，具體涉及一種非水電解液及其製備方法，和採用該電解液製備的一種鋰離子電池。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池因其比能量高、循環壽命長等優點而成為目前發展最快亦最受重視的新型高能蓄電池。鋰離子電池主要由正、負電極材料、隔膜、電解液材料組成。
[0003]目前常用的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰四種，負極材料主要有石墨系材料、軟碳材料(焦炭)和硬碳材料，隔膜主要有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)單層微孔膜，以及由PP和PE複合的多層微孔膜。鋰離子電池有機電解質發展至今，應用最廣泛的是將導電鋰鹽LiPF6溶解在環狀碳酸酯如:碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙稀酯(PC)，和鏈狀碳酸酯如:碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等混合溶劑中形成。然而，目前有機電解液存在的自身穩定性和安全性隱患越來越不能滿足鋰離子電池向高能量密度、長循環壽命以及高安全性等方向的發展需要。如:(1)碳酸酯溶劑與石墨負極不兼容，如在PC充電過程中會與Li+在石墨上發生共嵌，引起結構發生剝落，惡化電池性能；(2)導電鋰鹽LiPF6在較高的溫度下(?60°C )會發生熱分解產生少量HF，產生的游離酸使電解液酸化，導致正極材料如Mn、Ni過渡金屬原子發生溶解，同時HF會對電極集流體發生腐蝕，降低電池的性能；⑶碳酸酯基電解液在電池電壓高於4.5V時容易發生氧化分解，造成電池性能的降低，無法用於高電壓鋰離子電池體系中。
[0004]研究發現，通過改善鋰離子電池電極/電解液界面性質，可以有效解決鋰離子電池電解液的相關問題。為此研究人員通過開發新型有機溶劑增加電解液的穩定性,如碸類溶劑(K.Xu等J.Eletrochem.Soc.155 (2008) A959-A964)和腈類溶劑(中國專利CN201310279185)。但這些溶劑存在與石墨負極不兼容和離子電導率低等問題而受到了限制。另外，開發新型成膜添加劑能夠有效改善界面膜性質，提高電池的電化學性能。如應用較成功的負極成膜添加劑碳酸亞乙烯酯(VC)。該添加劑能夠在負極優先於有機電解液發生還原分解形成良好的界面膜，抑制電解液的分解，提高電極的可逆容量和穩定性。但是VC容易發生聚合併且在正極表面能發生氧化反應產生CO2，影響電池的性能。近年來，由於高電壓鋰離子電池的開發，對正極界面膜的研究逐漸受到關注，如聯苯(BP)、呋喃(DHF)和腈類化合物。這些物質能夠在正極表面優先發生氧化形成界面膜，這層膜可以避免活性正極材料與電解液的直接接觸，減少電解液的氧化分解。然而目前對鋰離子電池電解液正極成膜電解液添加劑的種類仍較少，效果單一。因而開發有效的多功能性電解液添加劑對改善電池正負極/電解液界面性質具有重要意義。
【發明內容】
[0005]鑑於【背景技術】所存在的問題，本發明的首要目的在於提供一種非水電解液的及其製備方法，本發明在非水電解液中添加了上述添加劑後能在負極表面形成界面膜，抑制有機碳酸酯在電極上的還原，提高電池的充放電效率。同時添加劑的加入能夠改善正極/電解液界面性質，降低電極/電解液界面阻抗，有利於提高鋰離子電池的循環壽命、高溫高電壓性能和抑制電池的氣脹。
[0006]本發明的另一目的在於提供上述非水電解液製備的一種鋰離子電池。
[0007]本發明通過以下技術方案實現:
[0008]一種非水電解液，包括有機溶劑、導電鋰鹽和添加劑，其中:所述有機溶劑選為環
狀碳酸酯和線型碳酸酯的一種以上，所述添加劑結構式如下:
[0009]
【權利要求】
1.一種非水電解液，包括有機溶劑、導電鋰鹽和添加劑，其中:所述有機溶劑選為環狀碳酸酯和線型碳酸酯的一種以上，所述添加劑結構式如下:
2.根據權利要求1所述的非水電解液，其中:所述導電鋰鹽在有機溶劑中的濃度為0.8-1.5mol/L。
3.根據權利要求1所述的非水電解液，其中:所述添加劑的用量為有機溶劑重量的0.1-10.0%。
4.根據權利要求1所述的非水電解液，其中:所述有機溶劑中的環狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、Y-丁內酯和Y-戊內酯中的一種以上。
5.根據權利要求1所述的非水電解液，其中:所述有機溶劑中的線型碳酸酯為碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，乙酸乙酯、碳酸甲丙酯中的一種以上。
6.根據權利要求1所述的非水電解液，其中:所述導電鋰鹽為LiPF6、LiBF4,LiS03CF3、Li (CF3SO2) 2N、LiC (CF3SO2) 3 中的一種以上。
7.根據權利要求1所述的非水電解液，其中:所述添加劑為2-噻吩異氰酸酯、異氰酸-2-(2-噻吩基)乙基酯、4-甲基-2-噻吩基異氰酸酯中的一種以上。
8.根據權利要求1所述的非水電解液，其中:所述電解液還包含常用添加劑，所述常用添加劑為碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、丙磺酸內酯、丁磺酸內酯、己二腈、丁二腈、LiBOB、LiODFB中的一種以上，所述的常用添加劑佔非水電解液總質量的0.1-5.0 %。
9.一種電解液製備方法: (1)將有機溶劑按比例混合後用5A分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水； (2)在室溫條件下，將導電鋰鹽溶解在上述有機溶劑中，並攪拌均勻； (3)加入常用添加劑，並攪拌均勻； (4)加入添加劑，製得權利要求1-8任一項所述的非水電解液。
10.一種鋰離子電池，包括正極活性材料、負極活性材料、隔膜和權利要求1-9任一項所述的非水電解液，其中:正極活性材料為一種含鋰過渡金屬氧化物，正極活性材料為以下物質的一種以上:LiCo02、LiNiO2, LiMnO2' LiMn2O4' Li (NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1,0<c<I,a+b+c = I), LiNi1^yCoyO2, LiCo1^yMnyO2, LiNi1^yMnyO2 (0 ( y〈 I)、Li (NiaCobMnc) O4 (0〈a〈2，0〈b〈2，0〈c〈2，a+b+c = 2)、LiMn2_zNiz04、LiMn2_zCoz04(0〈z〈2)、LiMx(PO4)y(M 為 N1、Co、Mn、Fe、T1、V，0 ≤ χ ≤ 5，0 ≤ y ≤ 5)； 負極活性材料為可嵌入/脫出鋰離子的碳材料、鋰金屬、矽或錫及其氧化物中的一種以上； 隔膜為自織布、無紡布、合成樹脂微多孔膜的任一種。
【文檔編號】H01M10/0525GK104009255SQ201410287060
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】仰永軍, 李斌, 陳衛 申請人:東莞市凱欣電池材料有限公司