[发明专利]一种锰系材料为正极的锂离子电池用耐高电压高温安全型电解液及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电解液，尤其涉及一种锰系材料为正极的锂离子电池用耐高电压高温安全型电解液。

背景技术

锂离子电池由于其工作电压高、能量密度高、功率密度大、自放电小、无记忆效应、优良的充放电性能、长循环寿命、环境友好等一系列的优点，目前广泛应用于移动通讯、数码相机、MP3等便携式电子产品，并逐步在国防、军事方面应用。近年来，随着全球对环境问题的重视，新能源汽车迅猛发展，锂离子电池被认为是当前最具发展潜力的车用动力电池。

随着市场和社会的发展，对锂离子电池提出了更高的要求，一方面要求价格上更便宜，另一方面要求有更高的能量密度。在价格方面，众所周知，已经应用或即将应用的正极材料主要由锂的过渡金属氧化物组成，其中，过渡金属以锰和铁最便宜，而二价铁容易被氧化导致铁系材料价格上没有优势，因此，锰系材料（指符合Li_xMn_yM_zO通式的正极材料，其中M为任意一种或多种过渡金属，y≥z，z可以为0）成为了价格上较有优势的正极材料，但其有一个严重的缺陷是锰的溶解导致电池的高温性能不理想、高温与安全难以兼顾。在提升能量密度方面，一是改进电池工艺如提高极片压实密度，二是使用克容量高的材料，而另一种有效的途径是提升电池的工作电压。事实证明，锰系材料中，相对4.2V，LiMn₂O₄电池充电至4.35V可以提升10%以上的容量，充电至4.5V可以提升15%以上的容量；LiMnO₂实际克容量达200mAh以上，充电电压升高可带来可观的容量；而LiNi_0.5Mn_1.5O₂本身的放电平台就在4.6V以上。

锰系材料的高温、安全、耐高电压性能，给其配套的电解液提出了更高的挑战。

在高温性能改善方面，申请号为200810218809.6，发明名称为“一种锰酸锂电池的电解液”的中国专利，其公开了一种锰酸锂电池的电解液，该电解液包含锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂和稳定添加剂七甲基二硅氮烷，该发明通过稳定添加剂七甲基二硅氮烷对电解液中酸度的稳定作用，提高锰酸锂电池电解液的高温性能。申请号为200810030369.1，发明名称为“改善锰酸锂锂离子电池性能的电解液”的中国专利，其公开一种锰酸锂锂离子电池电解液，其在电解液中添加1,3-丙烷磺酸内酯（PS）或双草酸硼酸酯锂（LiBOB）做成膜添加剂，对锰酸锂电池的高温性能有一定改善，但众所周知，PS已经在电解液中广泛使用，而LiBOB虽有利于形成耐高温的SEI膜，但含有LiBOB的电解液往往酸度过高，其改善效果有限。

在安全性能提升方面，电解液中大都以联苯、环己基苯、苯甲醚、甲苯等苯的烷基、烷氧基衍生物为安全添加剂，而这些添加剂对锰系材料电池的高温性能和循环性能有致命的负面影响。

在耐高电压性能改善方面，申请号为201010225533.1，发明名称为“4.2V以上高电压下不分解的锂离子电池电解液”的中国专利，其公开了一种耐高压电解液，电解液中包含一种硫酸酯衍生物，能较好地提高电池的高电压循环性能，但其没有解决电池的高电压安全问题。申请号为200680010988.3，发明名称为“电解液”的中国专利，其电解液中含有具有含氟醚基的链状碳酸酯，该电解液具有难燃性、低温特性、耐电压优异，但没有解决电解液的高温性能。

    上述的发明都没有同时解决锰系材料锂离子电池的高温、安全和耐高电压性能。

发明内容

本发明所目的在于提供一种锰系材料为正极的锂离子电池用电解液，该电解液能同时解决锰系材料锂离子电池的高温、安全和耐高电压性能。

本发明的技术解决方案是：该电解液包含：非水有机溶剂、锂盐、成膜添加剂、稳定添加剂，还含有耐高电压高温添加剂Li₂B₁₂F_12-XH_X (0≤x≤11)、Li₂B₁₂Cl_12-XH_X (0≤x≤11)或两者任意比例混合，其使用量占电解液总质量的1~15%；耐高电压防过充添加剂氟代苯甲醚、氟代苯硫醚或两者任意比例混合，其使用量占电解液总质量的1~10%。

所述的耐高电压高温添加剂占电解液总质量的0.3%～15%。

所述的耐高电压防过充添加剂占电解液总质量的2%～15%。