[发明专利]锂离子电池用高电压电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体是指一种用于锂离子电池的电解液。

背景技术

能量密度、低成本和安全性是锂离子电池行业研究的主要方向。锂离子电池的能量由锂电池容量和充电截止电压决定，因此为了提高锂电池的能量密度，需要提高充电截止电压或者采用新型的高能量密度锂电池材料体系。虽然大多数新型高能量密度锂电池材料如富锂锰基正极材料的开发，已经在全世界范围内成为研发的热点，但仍然处于基础研究阶段。因此，提高充电截止电压已经成为目前研发的热点。以LiNi0.5Mn1.5O4 ，LiCoPO4为代表的高电压正极材料的放电电压可高达4.7V左右，虽然从正极材料角度来看，它已经具备产业化制备的能力，但因为缺少相匹配的高电压电解液，导致其一直未实现实际应用。一旦5V高电压电解液取得突破，这些新型高电压材料将可以大规模应用，将进一步提高锂离子电池的能量密度，拓宽锂离子在电动汽车上的使用范围，从而进一步推动电动汽车的商业化应用。

目前商品化锂离子电池的电解液，一旦充电截止电压超过4.3V，常规的碳酸酯基电解液会发生氧化分解造成电池内阻上升，从而导致整个电池的循环性能下降。为了提高电解液的截止电压，申请号为201210122805.4的中国专利申请公开了一种高电压锂离子电池电解液，采用氟代碳酸乙烯酯代替目前商业化的常规碳酸酯类溶剂而得到高电压电解液。这种氟代碳酸酯只含有一个氟，电解质盐的溶解性较好，但由于含氟率低而造成阻燃性降低。另一方面含氟烷基的末端为全氟的碳酸酯（特开2001-256983）虽然阻燃性较高，但溶解性较差。而且单独使用氟代碳酸酯类化合物容易与金属锂发生反应。

另外对于高电压电解液，添加含氟醚类也被提案（特开2000-294281，申请号200680011015.1）。对于含氟醚类沸点比较低，很难单独使用。还存在着与用作电解质盐溶解用溶剂的碳酸酯的相溶性低,容易引起2相分离，而且不容易形成稳定的Solid Electrolyte Interface（SEI）膜。

由于上述原因，目前公开的专利主要以氟代溶剂和常规溶剂混合的方式作为高电压电解液，但实际上氟代溶剂一旦与常规电解液混合后，其混合电解液的耐氧化性降低。

本发明为了解决上述难题，目的在于提供一种高电压稳定的电解液，同时不与锂发生反应，而且，粘度低，低温特性和阻燃性能优异的电解液。

本发明经锐意的研究结果发现，含有氟代碳酸酯类化合物、氟代醚类化合物和草酸二氟硼酸锂和六氟磷酸锂组成的混合电解液，而且这种电解液很容易在不同电池使用条件下，容易形成良好的稳定的SEI膜，可以解决目前5V电解液上述存在的一系列难题。

发明内容

本发明的目的旨在提供含有氟代碳酸酯类化合物、氟代醚类化合物和草酸二氟硼酸锂和六氟磷酸锂组成的一种锂离子电池用高电压电解液。

本发明所采用的技术方案如下：

提供一种锂离子电池用高电压电解液，其特征在于：它包括锂离子电池用耐高电压5V电解液，所述电解液中含有氟代碳酸酯类化合物和氟代醚类化合物和草酸二氟硼酸锂和六氟磷酸锂组成；其中，所述电解液的溶剂按100重量份；氟代碳酸酯类化合物为30-70重量份；氟代醚类化合物为30-70重量份；草酸二氟硼酸锂为1-5重量份；所述LiPF6浓度为0.9mol/l-1.4mol/L。

不包含草酸二氟硼酸锂的电解质锂盐在溶剂中的摩尔浓度为0.9-1.5mol/L。

其中氟代碳酸酯化合物，可以用化学式表示为：

（化学式1） 或 （化学式2）

化学式（1）中R1-R2分别为碳个数1-3个的烃基或含氟烃基，其中，R1和R2中至少一个具有氟原子；化学式（2）中R3和R4可以为H原子、氟原子、碳个数为1-3个的烷基或含氟烷基，其中R3和R4中至少一个具有氟原子。

具体例如下列化合物：

（环状氟代碳酸酯1）

（环状氟代碳酸酯2）

（环状氟代碳酸酯3）

（环状氟代碳酸酯4）

（直链氟代碳酸酯1）

（直链氟代碳酸酯2）

（直链氟代碳酸酯3）

（直链氟代碳酸酯4）