CN104733781A - 一种4.4v高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适合4.4V高电压钴酸锂型锂电池型电解质溶液，该电解质溶液由四类成份组成：电解质锂盐、高纯碳酸酯类和/或醚类有机溶剂、高电压添加剂和其他添加剂；所述电解质锂盐的摩尔浓度为：0.001-2摩尔/升，高电压添加剂所占电解液的质量比例范围是：0.01-10%，其他添加剂摩尔浓度是：0-0.5摩尔/升，高电压添加剂在高电压下分解形成自由基阳离子，这些离子与另外低氧化电位物质反应，在正极表面形成导电膜，阻止电解液进一步分解，抑制因电解液分解导致电池膨胀问题的发生，提高电池的循环寿命及安全性能。
Description
技术领域
本发明属于锂电池材料的技术领域，具体为一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液。
背景技术
锂离子电池具有工作高电压、高比能、长循环寿命、无污染等优势，现已广泛用于移动电话、便携式计算机、数码产品等小型电子设备，在未来的市场上展现出广阔的应用前景。
目前单节钴酸锂型锂电池充电截止电压为4.2V，为了在相对狭小的空间内充分发挥出高容量，锂电池在尝试使用高比容量的正负极材料、高能电解液、做薄隔膜（极限8um）、做薄铜箔（8um）和做薄铝箔（10um）等措施达到极限后，大家开始追求比较高的充电截止电压，由4.2V到4.3V，目前在追求4.4V、4.5V。然而，电解液在高电压下容易与正极材料表面发生副反应，造成电池性能下降，限制了材料的实际应用。
通过在电解液中加入高电压添加剂，使得在高电压情况下正极上能够形成稳定的导电膜，阻止电解液分解，进而提高钴酸锂型锂电池的充电截止电压，达到提升电池的能量密度的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高电压添加剂和一种适合4.4V高电压钴酸锂型锂电池型电解质溶液；采用这种电解液的锂离子电池具有较高的充电截止电压，较高的比能量，且安全性能大幅增加，具有广阔的应用前景。
本发明采用的具体技术方案是：
一种适合4.4V高电压钴酸锂型锂电池型电解质溶液，其特征在于：该电解液由四类成份组成：(A) 电解质锂盐，(B) 高纯碳酸酯类和/ 或醚类有机溶剂，(C) 高电压添加剂和(D)其他功能添加剂；其中，(A) 锂盐在此电解液中的摩尔浓度范围是：0.001-2 摩尔/ 升；(C)高电压添加剂在电解液中所占质量比例范围是：0.1-10%；(D) 其他功能添加剂在此电解液中的摩尔浓度范围是：0-0.5 摩尔/ 升；所述的(C) 高电压添加剂的结构式如下所示：
所述电解质锂盐为四氟硼酸锂（LiBF4），六氟磷酸锂（LiPF6），双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）， 三氟甲磺酸锂（LiSO3CF3）中的一种或者几种的混合。
所述高纯碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类和/ 或链状碳酸酯类化合物。环状碳酸酯类化合物优选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ- 丁内酯(GBL)中的一种或几种的混合物；链状碳酸酯类化合物优选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种的混合物。
所述的醚类有机溶剂选自四氢呋喃(THF)、1，3-二氧环戊烷(DOL) 和1，2-二甲氧基乙烷(DME)等中的一种或几种的混合物。
所述的其他添加剂是下列化合物中的一种或几种的混合物：联苯(BP)，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)。
上述含有高电压添加剂的锂离子电池电解液由下述方法制得：
将高电压添加剂与高纯溶剂按1/1混合，而后用4A分子筛除水一天，待水分降至10ppm以下，然后在无水无氧手套箱中将锂盐缓缓加入含有高电压添加剂和其他添加剂的溶剂中，配成不同浓度的电解液。
本发明所述的适合4.4V高电压钴酸锂型锂电池型电解质溶液应用于钴酸锂锂离子电池。
本发明的有益效果是：经研究发现，2-氯噻吩可以在正极形成稳定的电导膜，能够阻止高电压下电解液的分解，可以作为电解液高电压添加剂，通过在锂电池中使用含该种添加剂的电解液并通过调整期用量，可有效抑制高电压下电解液分解及电解液分解导致电池膨胀问题的发生，进而提高锂电池的能量密度和安全性能。
附图说明
图1是使用含有5% 2-氯噻吩 EC/DMC/EMC(1:1:1)的石墨/钴酸锂的模拟电池的循环性能以及与空白电池对比；
图中：1#为空白电池，2#为含5%的2-氯噻吩电池。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的描述，但这些实施例不构成对本发明的任何限制。
本发明以表格的方式例举了24种高电压电解质溶液的成分组成、以及各电解液的应用到钴酸锂电池中0.2C，4.4-3.0V循环100周后电池的膨胀情况测试数据。详见下表1，表1电池膨胀情况测试数据（含该种添加剂与不含有该种添加剂电解液的钴酸锂电池0.2C，4.4-3.0V循环100周）。
实施例25
在含有1M LiPF6的体积比1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的电解液中加入5% 2-氯噻吩，使用该电解液的石墨/钴酸锂电池的0.2C倍率下3.0-4.4V的循环性能。从图1中可知，经过100次循环后，空白电池容量保持率急剧下降至75%，而使用该电解液的电池容量衰减很少保持在93%以上，由此可以看出，使用该种高电压添加剂的电解液明显可以提高电池的循环寿命。
Claims (8)
1.一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：该电解质溶液由下述组分组成：电解质锂盐、高纯碳酸酯类和/ 或醚类有机溶剂、高电压添加剂和其他添加剂，所述电解质锂盐的摩尔浓度为：0.001-2 摩尔/ 升，高电压添加剂所占电解液的质量比例范围是：0.01-10%，其他添加剂摩尔浓度是：0-0.5 摩尔/ 升。
2.按权利要求1 所述的一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：所述电解质锂盐为四氟硼酸锂，六氟磷酸锂，双氟磺酰亚胺锂， 三氟甲磺酸锂中的一种或者几种的混合。
3.按权利要求1 所述的一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：所述高纯碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类和/ 或链状碳酸酯类化合物。
4.按权利要求1 所述的一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：所述的醚类有机溶剂为四氢呋喃、1，2-二甲氧基乙烷和1，3- 二氧环戊烷等中的一种或几种共存。
5.按权利要求3 所述的一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：所述的环状的碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ- 丁内酯中的一种或几种。
6.按权利要求3 所述的一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：所述的链状碳酸酯类化合物为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、以及碳数为3-8 的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。
7.按权利要求1所述的一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：所述高电压添加剂为2-氯噻吩。
8.按权利要求1 所述的一种4.4V高电压钴酸锂型锂电池电解质溶液，其特征在于：所述其他添加剂为联苯，碳酸亚乙烯酯，氟代碳酸乙烯酯和1、3- 丙磺酸内酯中的一种或几种。
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