高壓電解液、高電壓非水電解液及其鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高電壓非水電解液。高電壓非水電解液包括溶質(zhì)、溶劑和高電壓添加劑，高電壓添加劑結(jié)構(gòu)為X—(R—Z)n-R—Y，其中，X和Y為下列結(jié)構(gòu)中的一種或多種：Z為下列結(jié)構(gòu)中的一種或多種：R為C1～C10的烷基、烯基、炔基、氧烷基、氧烯基、氧炔基及其鹵代物中的一種或多種，n為0～10；R1、R2為鹵素、氫、烷基、氧烷基或鹵取代烷基或氧烷基中的一種或多種。該高電壓非水電解液可在4.5V以上電壓下應(yīng)用。另外還提供包括上述高電壓非水電解液的鋰離子電池。
【專利說明】高壓電解液、高電壓非水電解液及其鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含有高電壓添加劑的高壓電解液、高電壓非水電解液以及其組成的鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池與其他電池相比，具有質(zhì)量輕、體積小、工作電壓高、能量密度高、輸出功率大、充電效率高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，不僅在手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且也被認(rèn)為是電動(dòng)車、大型儲(chǔ)能裝置的最佳選擇之一。但目前智能手機(jī)，平板電腦等電子數(shù)碼產(chǎn)品對(duì)電池的能量密度要求越來越高，使得商用鋰離子電池難以滿足要求。采用高容量正極材料或高電壓正極材料是提升鋰離子電池能量密度的最有效途徑。
[0003]目前高電壓正極材料的研究主要聚焦于LiNia5Mnnh5CVLiCoPC^ LiNiPO4等材料，其放電平臺(tái)分別為4.7V、4.8V和5.1V，充電截止電壓均高于4.5V。高容量正極材料以富鋰層狀固溶體材料為研究熱點(diǎn)，其釋放高容量的前提為要將材料充電到4.5V以上。目前商用電解液的工作電壓為4.3V以下，如在4.5V以上電壓下應(yīng)用會(huì)被氧化，此弊端導(dǎo)致性能惡化，嚴(yán)重限制了高能鋰離子電池的發(fā)展。由此可見，開發(fā)高電壓電解液技術(shù)勢在必行。目前研究者聚焦于采用高電壓添加劑或高電壓溶劑兩途徑，提升電解液工作電壓。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)一:采用抗氧化電位高的砜類、腈類、離子液體類物質(zhì)作為電解液的溶劑，可顯著提升電解液的工作電壓達(dá)5V以上。 [0005]然而，該現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足:砜類、腈類、離子液體類溶劑作為鋰離子電池電解液容劑，均具有應(yīng)用弊端。他們的電導(dǎo)率小于商用電解液碳酸酯類溶劑，此將降低電池大電流充放電能力；他們的粘度大于商用電解液的粘度，不僅降低鋰離子的傳遞速率，而且會(huì)降低對(duì)電極及隔膜的潤濕性能。以上的不足，損害了鋰離子電池的電化學(xué)性能，限制了應(yīng)用。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)二:在商用電解液中添加高電壓添加劑。在起初的數(shù)次循環(huán)過程中，添加劑發(fā)生反應(yīng)，參與正極表面保護(hù)層的形成，阻隔材料和電解液的直接接觸，進(jìn)而抑制電解液被氧化的副反應(yīng)。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于加入添加劑的高電壓電解液與其母體的物化性質(zhì)幾乎相同。例如，專利US20120009485A1P報(bào)道了一種磷酸酯類高電壓添加劑，其可顯著提升
4.3V級(jí)碳酸酯類電解液在4.9V電壓下的應(yīng)用性能。然而，該技術(shù)的難點(diǎn)在于尋找適合的高電壓添加劑材料不容易。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種由高電壓添加劑組成的高電壓非水電解液，其可保持鋰離子傳遞動(dòng)力學(xué)性能和電極界面/隔膜潤濕性能，且加入高電壓添加劑的高電壓非水電解液可在4.5V以上電壓下應(yīng)用。
[0008]一種高壓電解液，所述高壓電解液中含有質(zhì)量百分比為0.1%~10%的高壓添加劑，所述高壓添加劑的結(jié)構(gòu)為X-(R-Z)n-R-Y,其中，X和Y為下列結(jié)構(gòu)中的一種或多種:[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種高壓電解液，其特征在于，所述高壓電解液中含有質(zhì)量百分比為0.1%~10%的高壓添加劑，所述高壓添加劑的結(jié)構(gòu)為 X — (R一Z)n-R一Y，其中，X和Y為下列結(jié)構(gòu)中的一種或多種:
2.如權(quán)利要求1所述的高壓電解液，其特征在于:R1、R2為F、CF3、C2F5、CHC2F6、CH2CF3、CHCH2CF3、OCHCH2CF3、OC2F5、OCC3F9 或 OC2F5。
3.一種高電壓非水電解液，包括溶質(zhì)、溶劑和高電壓添加劑，其特征在于:所述高電壓添加劑結(jié)構(gòu)為X-(R-Z)n-R-Y,其中，X和Y為下列結(jié)構(gòu)中的一種或多種:
4.如權(quán)利要求3所述的高電壓非水電解液，其特征在于:R1、R2為F、CF3、C2F5、CHC2F6、CH2CF3、CHCH2CF3、OCHCH2CF3、OC2F5、OCC3F9 或 OC2F5。
5.如權(quán)利要求3所述的高電壓非水電解液，其特征在于:所述高電壓添加劑在所述高電壓非水電解液中的質(zhì)量百分比為0.1%~10%。
6.如權(quán)利要求3至5任意一項(xiàng)所述的高電壓非水電解液，其特征在于:所述高電壓非水電解液的溶劑為脂肪或環(huán)狀的碳酸酯、醚、砜、腈、離子液體及其衍生物中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求3至5任意一項(xiàng)所述的高電壓非水電解液，其特征在于:所述高電壓非水電解液的溶質(zhì)為一種或多種 鋰鹽。
8.如權(quán)利要求7所述的高電壓非水電解液，其特征在于:所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、二亞胺鋰、高氯酸鋰、LiBOB或LiBF2C2O4。
9.如權(quán)利要求3至5任意一項(xiàng)所述的高電壓非水電解液，其特征在于:所述高電壓非水電解液還包括為滿足高電壓非水電解液應(yīng)用需求的功能添加劑，所述功能添加劑包括阻燃添加劑、高溫添加劑、低溫添加劑或循環(huán)添加劑。
10.一種高電壓鋰離子電池，其包括正極、負(fù)極以及電解液，其特征在于:該鋰離子電池的電解液 包含如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的電解液。
【文檔編號(hào)】H01M10/0567GK103887558SQ201210560439
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】楊同勇 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司