一種非水電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種非水電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池，電解液主要包括：有機溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，有機溶劑為環(huán)狀碳酸酯溶劑、芳香烴溶劑和線性溶劑的一種以上組成，導(dǎo)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后能夠在電池的電極表面優(yōu)先于電解液發(fā)生反應(yīng)形成界面膜，改善電極/電解液界面性質(zhì)，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，并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。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種非水電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種非水電解液及其制備方法，和采用該電解液制備的一種鋰離子電池。
技術(shù)介紹
鋰離子電池因其比能量高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點而成為目前發(fā)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。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復(fù)合的多層微孔膜。鋰離子電池有機電解質(zhì)發(fā)展至今，應(yīng)用最廣泛的是將導(dǎo)電鋰鹽LiPF6溶解在環(huán)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(wěn)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(huán)壽命以及高安全性等方向的發(fā)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(fā)生共嵌，引起結(jié)構(gòu)發(fā)生剝落，惡化電池性能；(2)導(dǎo)電鋰鹽LiPF6在較高的溫度下(～60℃)會發(fā)生熱分解產(chǎn)生少量HF，產(chǎn)生的游離酸使電解液酸化，導(dǎo)致正極材料如Mn、Ni過渡金屬原子發(fā)生溶解，同時HF會對電極集流體發(fā)生腐蝕，降低電池的性能；(3)碳酸酯基電解液在電池電壓高于4.5V時容易發(fā)生氧化分解，造成電池性能的降低，無法用于高電壓鋰離子電池體系中。研究發(fā)現(xiàn)，通過改善鋰離子電池電極/電解液界面性質(zhì)，可以有效解決鋰離子電池電解液的相關(guān)問題。為此研究人員通過開發(fā)新型有機溶劑增加電解液的穩(wěn)定性，如砜類溶劑(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(dǎo)率低等問題而受到了限制。另外，開發(fā)新型成膜添加劑能夠有效改善界面膜性質(zhì)，提高電池的電化學(xué)性能。如應(yīng)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(yōu)先于有機電解液發(fā)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(wěn)定性。但是VC容易發(fā)生聚合并且在正極表面能發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生CO2，影響電池的性能。近年來，由于高電壓鋰離子電池的開發(fā)，對正極界面膜的研究逐漸受到關(guān)注，如聯(lián)苯(BP)、呋喃(DHF)和腈類化合物。這些物質(zhì)能夠在正極表面優(yōu)先發(fā)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(fā)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(zhì)具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于
技術(shù)介紹
所存在的問題，本專利技術(shù)的首要目的在于提供一種非水電解液的及其制備方法，本專利技術(shù)在非水電解液中添加了上述添加劑后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(zhì)，降低電極/電解液界面阻抗，有利于提高鋰離子電池的循環(huán)壽命、高溫高電壓性能和抑制電池的氣脹。本專利技術(shù)的另一目的在于提供上述非水電解液制備的一種鋰離子電池。本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種非水電解液，包括有機溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，其中：所述有機溶劑選為環(huán)狀碳酸酯和線型碳酸酯的一種以上，所述添加劑結(jié)構(gòu)式如下：R1-R4為氫、鹵素、C1-C4的烷基及其鹵代烷基、C1-C4的烯基、烷氧基、羧基、苯環(huán)、鹵代苯官能團的任一種，n為0至5的整數(shù)。所述導(dǎo)電鋰鹽在有機溶劑中的濃度為0.8-1.5mol/L。所述添加劑的用量為有機溶劑重量的0.1-10.0％。所述有機溶劑中的環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁內(nèi)酯和γ-戊內(nèi)酯中的一種以上。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。所述導(dǎo)電鋰鹽為LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、Li(CF3SO2)2N、LiC(CF3SO2)3中的一種以上。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。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(nèi)酯、丁磺酸內(nèi)酯、己二腈、丁二腈、LiBOB、LiODFB中的一種以上，所述的常用添加劑占非水電解液總質(zhì)量的0.1-5.0％。一種電解液制備方法：(1)將有機溶劑按比例混合后用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水；(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽溶解在上述有機溶劑中，并攪拌均勻；(3)加入常用添加劑，并攪拌均勻；(4)加入添加劑，制得以上所述的非水電解液。一種鋰離子電池，包括正極活性材料、負極活性材料、隔膜和上述的非水電解液，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(zhì)的一種以上：LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1,0<b<1，0<c<1，a+b+c＝1)、LiNi1-yCoyO2、LiCo1-yMnyO2、LiNi1-yMnyO2(0≤y<1)、Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2，0<b<2，0<c<2，a+b+c＝2)、LiMn2-zNizO4、LiMn2-zCozO4(0<z<2)、LiMx(PO4)y(M為Ni、Co、Mn、Fe、Ti、V，0≤x≤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、硅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。本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：(1)加入添加劑噻吩基異氰酸酯化合物，通過分子軌道理論計算，具有比碳酸酯電解液更低的最低空軌道能級和更高的最高占據(jù)軌道能級。(2)添加劑噻吩基異氰酸酯化合物能夠在電池的電極表面優(yōu)先于電解液發(fā)生反應(yīng)形成界面膜，改善電極/電解液界面性質(zhì)，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。(3)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。通過以上方法制備的電解液有利于提高鋰離子電池的循環(huán)壽命、高溫高電壓性能和抑制電池的氣脹。具體實施方式下面通過示例性的實施例對本專利技術(shù)進行進一步的闡述；但本專利技術(shù)的范圍不應(yīng)局限于實施例的范圍，任何不偏離本專利技術(shù)主旨的變化或改變能夠為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解，都在本專利技術(shù)的保護范圍以內(nèi)。實施例1一種鋰離子電池電解液，主要包含如下原料：有機溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，所述有機溶劑由環(huán)狀碳酸酯溶劑(EC)和線型碳酸酯溶劑(DEC)組成，EC及DEC的重量比為EC：DEC＝1:2，所述導(dǎo)電鋰鹽LiPF6在有機溶劑中的濃度為1.0mol/L，所述常用添加劑為1.0wt.％用量的碳酸亞乙烯酯和用量為1.0wt.％的丙磺酸內(nèi)酯，所述添加劑為2-噻吩異氰酸酯，用量為有機溶劑重量的2.0wt.％，所述添加劑的化學(xué)式如下：電解液的配制方法是：(1)將有機溶劑按比例混合后用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種非水電解液，包括有機溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，其中：所述有機溶劑選為環(huán)狀碳酸酯和線型碳酸酯的一種以上，所述添加劑結(jié)構(gòu)式如下：R1?R4為氫、鹵素、C1?C4的烷基及其鹵代烷基、C1?C4的烯基、烷氧基、羧基、苯環(huán)、鹵代苯官能團的任一種，n為0至5的整數(shù)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種非水電解液，包括有機溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，其中：所述有機溶劑選為環(huán)狀碳酸酯和線型碳酸酯的一種以上，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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解液，其中：所述導(dǎo)電鋰鹽在有機溶劑中的濃度為0.8-1.5mol/L。3.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解液，其中：所述有機溶劑中的環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁內(nèi)酯和γ-戊內(nèi)酯中的一種以上。...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：仰永軍，李斌，陳衛(wèi)，
申請(專利權(quán))人：東莞市凱欣電池材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44