[发明专利]锂离子电池安全电解液及其制备方法、应用和锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池安全电解液及其制备方法、应用和锂离子电池。该锂离子电池安全电解液包括电解质、电解质添加剂、溶剂、助溶剂和溶剂添加剂。其制备方法包括：1)在真空或保护气氛的条件下，将溶剂助溶剂、溶剂添加剂和干燥剂混合，搅拌均匀后滤去沉淀或固体；2)在真空或保护气氛的条件下、60～85℃条件下，将干燥至恒重的电解质和电解质添加剂加入到所述混合溶剂中，在真空或保护气氛的条件下搅拌均匀，得到锂离子电池安全电解液。本发明的电解液制作的电池在高达‑50～80℃的较宽的温度范围下能正常工作，锂离子电池充放电效率、大电流放电效果、放电容量明显提高、充放电循环使用寿命显著延长。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池安全电解液及其制备方法、应用和锂离子电池。

背景技术

进入二十一世纪，特别是最近几年以来，现有工业技术所制造锂离子电池所用的电解液主要为碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)，碳酸丙烯酯(PC)，等有机物两两三三的等体积比为混合溶剂，LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄等(锂盐)电解质为溶质的浓度在0.1～2.0M(mol/L)的锂离子电池电解液溶液。总所周知电解液对锂离子电池性能影响很大，这是由于电解液成分和浓度与其导电性以及电极反应密切相关，电解液的导电性和电极反应的可逆性直接影响着锂离子电池放电容量，电解液的稳定性直接与电解质作用，会直接影响锂离子电池，特别是高倍率高容量锂离子动力电池的安全性能。锂离子电池电解液对锂离子电池的比容量、工作温度范围、充放电循环效率及安全性能至关重要。EC、DEC、DMC、EMC等溶剂主要用于锂离子二次电池。三烷基芳基硅烷入到锂离子电池常用电解液中，能提高电解液的安全性能电池在过充时不冒烟、不起火、不爆炸；冠醚和穴状化合物能与锂离子形成包覆式螯合物，能提高锂盐在有机溶剂中的溶解度，实现阴离子和阳离子的有效分离和锂离子和溶剂的分离，提高电解液的导电率；一些氟代链状醚如C₄F₉OCH₃等被推荐用于二次锂离子电池电解液，能够改善有机电解液的热稳定性；微量六甲基二硅胺烷(HMDS)可抑制锂离子电池电解液在储存过程中LiPF₆的水解及热解，减少电解液中水和氟化氢的含量，提高锂离子电池电解液的储存稳定性和热稳定性。

现有技术以锂盐为电解质、常见的有机溶剂为溶液及某些功能添加剂等，所制造的锂离子电池电解液所制造的锂离子电池显然存在如下不足：第一，高温或者低温工作性能差，甚至在较高的45℃以上或较低的-30℃以下锂离子电池完全无法正常工作或工作电化学性能很差；第二，锂离子动力电池车用锂离子动力电池高倍率(快速放电)、大电流充放电效果差，影响锂离子电池组的正常工作，并严重限制了锂离子动力电池的应用范围；第三，储备电池或应急电源用锂离子电池的抗过充性能差，影响锂离子电池循环使用寿命、充放电效率、放电容量，且存储容量衰减较为严重，进一步影响锂离子电池的容量和循环使用寿命；第四，电池安全性能差，在正常充放电、化成及分容过程中都存在一定的安全隐患；第五，现用电解液使用的溶剂如呋喃、吡啶以及丙酮等有较大的毒性，在锂离子电池的生产及使用及废旧电池的过程中或多或少会造成一定程度的污染。锂离子电池的各种现实的缺陷或不足，虽然并非是锂离子电池生产所用的现有电解液配方所致，但所有不足或多或少都与电解液的理化性能，如导电性能、电解液与电极或许物质的理化相容性、乃至对电极充放电性能及循环寿命、安全性都有直接的关联，如电池爆炸燃烧主要是电解液的溶剂燃烧产生大量气体及燃烧热所至。显然，电解液对锂离子电池的综合电化学性能及安全性能而言是至关重要的因素。

发明内容