[发明专利]二硫化碳的新用途和锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明涉及二硫化碳作为锂离子电池电解液添加剂的新用途及锂离子电池电解液。

背景技术

电解液是锂离子电池的重要组成部分之一，它的性能直接决定了电池的性能，好的电解液能有效的提升锂离子电池的电化学性能，例如循环寿命、安全性能、倍率放电特性、放电的平台时间、正负极的容量发挥。在液态锂离子电池首次充放电过程中，负极材料石墨与电解液作用形成固体电解质界面膜(SEI膜)。良好的SEI膜能降低锂离子电池的不可逆容量，改善循环性能，增加嵌锂稳定性和热稳定性，在一定程度上有利于减少锂离子电池的安全隐患。通常可以从石墨材料和电解液两个方面来改善SEI膜性能。石墨材料表面改性在一定程度上可以降低不可逆容量损失，增大电极界面SEI膜的稳定性，但是不能根本上改善电极界面SEI膜热力学稳定性。优化电解液的组分，选择合适的溶剂、锂盐及其相关添加剂是改善SEI膜的一条有效途径。

目前用于改善SEI膜性能的无机添加剂主要有CO₂、SO₂等。应用较为成功的有机添加剂主要有氯化碳酸乙烯酯(Cl-EC)、1，2-亚乙烯碳酸酯(VC)、亚硫酸丙烯酯(PS)和亚硫酸乙烯酯(ES)等。这些添加剂的作用主要是抑制电解液的分解，使石墨负极形成良好的SEI膜，提高电极可逆容量和稳定性。其中，使用二氧化硫作为添加剂，有利于在石墨表面形成一层良好的SEI膜，这主要是由于二氧化硫发生还原分解反应的电位较低(2.7V vs.Li/Li+)，这个电位低于电解液的还原分解电位。使用亚硫酸乙烯酯(ES)和亚硫酸丙烯酯(PS)作为添加剂，可以有效的防止PC分子嵌入石墨电极导致其剥落，这主要是由于ES和PS的还原分解电位低(～2Vvs.Li/Li+)，易于在石墨负极表面形成SEI膜，同时ES还可以提高电解液的低温性能。在实际生产中，VC由于其很好的成膜特性，表现为优异的循环性能，从而得到了广泛应用，但是由于其昂贵的价格(大约6000元/KG)，大大地增加了电池的生产成本，使得这种电解液添加剂的应用受到了一定限制。人们一直在寻找一种性能与VC接近，且价格便宜的锂离子电池电解液添加剂。

发明内容

本发明针对上述问题提供一种成本既低、又能保持锂离子电池良好的循环性能的锂离子电池电解液添加剂及使用该添加剂的电解液。

实现上述目的的技术方案：

二硫化碳(CS₂)作为锂离子电池电解液的添加剂的应用。

一种锂离子电池的电解液，包括电解质、溶剂和添加剂，所述添加剂中含有二硫化碳(CS₂)。

所述二硫化碳(CS₂)占溶剂总质量的1.5％～10％。

所述二硫化碳(CS₂)占溶剂总质量的1.5％～6％。

所述添加剂中还含有碳酸亚乙烯脂(VC)。

所述二硫化碳(CS₂)和碳酸亚乙烯脂(VC)占溶剂总质量的1.5％～10％。

所述二硫化碳(CS₂)和碳酸亚乙烯脂(VC)占溶剂总质量的1.5％～6％。

按质量百分比计，所述电解质为11～16％，所述溶剂为75～85％，所述添加剂为1～9％。

所述的电解质为六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)中的一种或者两种的混合物，其在电解液中的浓度为0.2～2mol/L，所述的溶剂为碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯脂(EC)及碳酸甲乙脂(EMC)中的两种或者两种以上的混合物.

所述的溶剂中各成分的重量份为，碳酸二乙酯(DEC)为8～18份，碳酸甲乙脂(EMC)为44～64份，碳酸乙烯脂(EC)为30～40份。

所述电解质在电解液中的浓度为0.5～1.8mol/L。

本发明选取二硫化碳(CS₂)作为原有添加剂碳酸亚乙烯脂(VC)的替代品或者部分替代，其价格(目前约3500元/吨)远远低于碳酸亚乙烯脂(VC)的价格，而且又能保持电池良好的循环性能，从而大大的降低了电池的生产成本。

附图说明

图1是本发明实验例1扣式电池第一个周期的循环伏安曲线图；

图2是本发明实验例三电极体系的循环伏安图；

图3是常用溶剂及添加剂与本发明添加剂二硫化碳CS₂的前线轨道能量对比表；

图4给出实验例2、实验例3、实验例4的循环次数与容量保持率曲线图；