[发明专利]一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液，特别是涉及一种采用碳酸丙烯酯(PC)作为电解液主要溶剂的锂离子电池电解液，该电解液中添加了可抑制PC嵌入负极石墨的添加剂。

背景技术

锂离子电池因其具有优良的特性(能量密度高、循环寿命长、开路电压高、安全无污染、无记忆效应等)而得到广泛应用。常见的锂离子电池是由正极、负极、隔膜、电解液组成。目前市场上的锂离子电池负极材料基本上都是采用石墨类材料如改性天然石墨、人造石墨等。

电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂组成，在电池中起着正负极之间传导离子的作用。目前市面上应用最广泛的电解液是将锂盐六氟磷酸锂(LiPF₆)加入二元、三元或四元混合溶剂中。这些混合溶剂主要由环状碳酸酯和链状碳酸酯组成。环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等，链状碳酸酯包括二甲基碳酸酯(DMC)、二乙基碳酸酯(DEC)、甲基乙基碳酸酯(EMC)、甲基丙基碳酸酯(MPC)、碳酸丁烯酯(BC)等。在这些碳酸酯溶剂中，环状碳酸酯具有高介电常数，有利于锂盐的溶解，但粘度较高，而链状碳酸酯具有较低的粘度。目前的电解液溶剂都必须将高介电常数的环状碳酸酯与低粘度的链状碳酸酯混合使用，以获得较高的电解液离子电导率。

碳酸乙烯酯(EC)是目前最常用的环状碳酸酯溶剂。但是，由于碳酸乙烯酯的凝固点高(39℃)，常温下为固态，因此低温下电解液的固化和电导率降低也成为应用中的问题。碳酸丙烯酯(PC)具有与EC类似的结构与性质，与EC相比具有很多优点，如凝固点低(-48℃)，沸点高(242℃)，可用温度范围宽，低温性能好，介电常数高，电位窗口宽，对隔膜润湿性能好等。但目前PC只能少量添加以提高电池低温性能，并没法替代EC成为电解液的主要溶剂组分。原因在于目前锂离子电池负极材料中使用最多的还是石墨类材料如天然石墨，而PC溶剂无法在这些石墨类电极表面形成有效地钝化膜，容易随着锂离子共同嵌入石墨层，对石墨电极结构造成破坏，导致电池可逆容量低，循环性能差，严重影响电池性能。寻找抑制PC嵌入石墨的方法，从而能够采用PC作为主要环状碳酸酯溶剂组分，对提高锂离子电池的低温性能具有重要意义。

虽然目前也有一些使用丙烯碳酸酯替代乙烯碳酸酯的专利，如中国专利201210569711.1、201010267449.6，但是这些专利并没有解决丙烯碳酸酯与石墨基负极的共嵌问题，给出的适用范围都是非石墨基负极电化学器件，无法应用于目前以石墨基材料为负极的锂离子电池，而本发明所述电解液能够在石墨基负极的锂离子电池中应用。

发明内容

本发明的目的在于提供可用于采用石墨类负极材料的锂离子电池的一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液。

本发明含有锂盐、有机溶剂和添加剂；

所述有机溶剂包括碳酸丙烯酯(PC)和链状碳酸酯；

所述添加剂包括成膜添加剂A和抑制碳酸丙烯酯共嵌的添加剂B；

按质量百分比的组成为锂盐10％～18％，碳酸丙烯酯为25％～60％，链状碳酸酯为15％～60％，成膜添加剂A为0.5％～5％，抑制碳酸丙烯酯共嵌的添加剂B为0.1％～10％。

所述锂盐可选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)等中的至少一种，优选六氟磷酸锂(LiPF₆)。

所述链状碳酸酯可选自二甲基碳酸酯(DMC)、二乙基碳酸酯(DEC)、甲基乙基碳酸酯(EMC)、甲基丙基碳酸酯(MPC)、碳酸丁烯酯(BC)等中的至少一种。

所述成膜添加剂A可采用在负极石墨表面还原分解形成SEI膜的化合物，可选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、乙烯基碳酸亚乙烯酯(VEC)等中的至少一种，优选碳酸亚乙烯酯(VC)，VC是优良的成膜添加剂，能够在电池首次充放电时形成SEI膜，提高电池的循环稳定性。

所述抑制PC共嵌的添加剂B可采用亚硫酸酯类化合物，具有如下通式：

其中R₁分子基团是氢、氟、氯原子或者是通式为C_xH_2X+1的烷基官能团，R₂分子基团是C_xH_2x的的烯烃官能团，其中1≤X≤4且为整数。

所述抑制PC共嵌的添加剂B优选亚硫酸乙烯酯(ES)、乙烯基亚硫酸乙烯酯(VES)等中的至少一种。