[发明专利]用于高电压锂离子电池的非水电解液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的电解液，特别涉及一种用于高电压锂离子电池的非水电解液及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池以其工作电压高、能量密度大和循环寿命长等优点，成为目前新能源领域的研究热点。现有锂离子电池的工作电压为3.7V，充电截止电压为4.2V，不能满足3G时代对锂离子电池的要求。因此，提高锂离子电池的能量密度显得更加迫切。

提高锂离子电池的工作电压被认为是提高其能量密度最有效的一种方法。理论上，可以从改善正负极材料和电解液提高锂离子电池的工作电压。为此，研究者进行了大量的研究，已发展出多种多样的正负极材料：用于正极的材料包含过渡金属层状氧化物、尖晶石氧化物、橄榄石型盐类和过渡金属硫化物等等；用于负极材料包含层状石墨、钛酸锂以及硅基和锡基合金等等。这些正负极材料已经可以满足锂离子电池4.9V高电压的要求，但没有匹配的电解液，现有技术的电解液在4.5V以上会大量分解。

由于电解液在高电位下的不稳定导致氧化分解，使得电池的在高电压条件下气胀严重、循环性能差。电解液体系也在不断发展与更新，无论是电解质锂盐、新型有机溶剂还是电解液添加剂的研究一直在进行中。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有的锂离子电解液在高电位下由于不稳定导致氧化分解，使得电池的在高电压条件下气胀严重、循环性能差的不足和缺点，提供一种用于高电压锂离子电池的非水电解液。

本发明的另一目的在于提供所述用于高电压锂离子电池的非水电解液的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述用于高电压锂离子电池的非水电解液的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于高电压锂离子电池的非水电解液，包含以下成分：环状碳酸酯、链状碳酸酯、锂盐和添加剂；其中，环状碳酸酯和链状碳酸酯按质量比1∶(1.5～3)混合，锂盐在环状碳酸酯和链状碳酸酯形成的混合液中的浓度为0.8～1.5mol/L，添加剂的使用质量相当于上述环状碳酸酯、链状碳酸酯和锂盐组成的溶液质量的0.01～5％；

所述的添加剂为2，3-二氢呋喃或1，4-二氧环乙烯醚；

所述的环状碳酸酯优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)或γ-丁内酯(GBL)中的至少一种；

所述的链状碳酸脂的形态为液态；

所述的链状碳酸酯优选为二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯或乙基丙基碳酸酯中的至少一种；

所述锂盐的浓度更优选为0.8～1.2mol/L；

所述锂盐优选为LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiAsF₆、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiBOB、LiDFOB、LiPF₄C₂O₄或LiN(C₂F₅SO₂)₂中的至少一种；

所述用于高电压锂离子电池的非水电解液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环状碳酸酯和链状碳酸酯按质量比1∶(1.5～3)混合，纯化，得到非水溶剂；

(2)将锂盐溶解于步骤(1)得到的非水溶剂中，浓度为0.8～1.5mol/L，得到普通电解液；

(3)在步骤(2)得到的普通电解液中添加添加剂，添加剂的使用质量为普通电解液质量的0.01～5％，得到用于高电压锂离子电池的非水电解液；

步骤(1)所述的纯化为除杂和除水；

所述的除杂优选通过分子筛实现；

所述分子筛优选为直径为的分子筛；

所述的除水优选通过活性炭、氢化钙、氢化钠、无水氧化钙或五氧化二磷中的至少一种物质进行；

步骤(2)中的所述锂盐加入所述非水溶剂的方式为分至少2次加入，生成的所述普通电解液的温度要控制在40℃以下；

所述的用于高电压锂离子电池的非水电解液应用于制备高电压锂电池；

所述高电压指的是4.9V的电压。

本发明发明原理：2，3-二氢呋喃、1，4-二氧环乙烯醚具有较高的反应活性，能够先于电解液溶剂在正极表明发生氧化分解反应，形成正极界面膜。正极界面膜能够抑制嵌锂材料与电解质溶液间的不良相互作用，抑制了高电压条件下电解液的氧化分解，从而提高高电压锂离子电池的性能。