[发明专利]一种与锂离子电池负极材料钛酸锂兼容的电解液

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种与锂离子电池负极材料钛酸锂兼容的电解液。

背景技术

锂离子电池(简称锂电)自1992年由索尼公司产业化以来，由于其具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，得到了迅速的发展。锂离子电池主要由四部分组成：正极材料、负极材料、隔膜和电解液，它们都对锂离子电池性能有着重要影响。目前锂离子电池常用负极材料为石墨碳材料。钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)也是科学研究中研究较多的一种负极材料，具有突出的特殊性能，表现在具有很长的循环寿命、高的比电容等(无机化学学报，2013，29(7)：1465-1470)等。从Li₄Ti₅O₁₂的制备方法来看来，其原料来源广泛、成本廉价、制备过程中绿色环保，因此钛酸锂是一种较有前途的负极材料(硅酸盐学报，2012，40(4)：548-554)。但是以钛酸锂为负极的锂离子电池具有以下缺陷(JCentSouthUniv，2013,20(5)：1151-1155)：1)电池在高温容易胀气，影响了电池性能的稳定性，其原因在于钛酸锂在嵌锂状态时具有较强的还原性，有机溶剂在钛酸锂电极表面上发生还原而分解，而且在Li₄Ti₅O₁₂颗粒表面只能形成很薄且不连续的固体电解质界面膜(SEI膜)，无法完全阻止电解液与Li₄Ti₅O₁₂的直接接触，因此有机溶剂的还原分解会一直进行，尤其在高温时反应更明显；2)SEI膜影响钛酸锂电极界面阻抗和电荷转移阻抗，从而影响钛酸锂电池的容量衰变速率及循环性能。这些都直接影响了钛酸锂电池的发展，不利于Li₄Ti₅O₁₂负极材料的商业化。要使钛酸锂能应用于实际电池中，必须研发和它相容性较好的电解液。

目前国内外一些专利公开了钛酸锂和其相容性的电解液，大多是围绕降低电池胀气、提高电池性能进行的，有些专利的添加剂为未被证实是否存在使用安全隐患问题等。专利CN102280661A公开了以三元材料(LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂)为负极、钛酸锂为正极，以链状碳酸酯和环状碳酸酯为溶剂、LiPF₆为电解质、添加丁二腈或己二腈。专利CN103682437A中的溶剂为醚类与碳酸酯类混合溶剂，电解质为LiPF₆、LiBF₄、LiCF₃SO₃、LiODFB、LiN(SO₂CF₃)₂其中的一种或组合物，正、负极材料分别是镍钴锰酸锂和钛酸锂。专利CN103326065A所述的钛酸锂离子电池的电解液包括以LiPF₆为电解质、非水溶剂以及添加R-CO-CH＝N₂结构的物质。其他有关钛酸锂的专利大多为钛酸锂的制备方法专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与锂离子电池负极材料钛酸锂兼容的电解液，该电解液与钛酸锂的兼容性良好，能够提高以钛酸锂为负极材料的锂离子电池的性能和使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种与锂离子电池负极材料钛酸锂兼容的电解液，该电解液由溶剂、电解质和添加剂组成，其中溶剂由碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸乙烯酯(EC)组成，电解质为LiPF₆，添加剂为LiBOB。

所述的溶剂中碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯的质量比为(1-3):(2-4):(4-6)，电解质LiPF₆在溶剂中的浓度为0.8～1.1mol/L，添加剂LiBOB的质量为溶剂质量的1.0～3.0％。

所述的溶剂中碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯的质量比为2:3:5，电解质LiPF₆在溶剂中的浓度为1.1mol/L，添加剂LiBOB的质量为溶剂质量的2.5％。