[发明专利]锂离子二次电池用低浓度电解液及锂离子二次电池

说明书

本发明公开了一种锂离子二次电池用低浓度电解液，包括锂盐和有机溶剂，有机溶剂包括链状羧酸酯类溶剂和氟代羧酸酯类溶剂，锂盐的浓度为0.01～0.5mol/L。该电解液采用链状羧酸酯类溶剂和氟代羧酸酯类溶剂的混合溶剂作为电解液的溶剂体系，并加入低浓度锂盐，构成的电解液体系不仅粘度低，与正负极有良好的浸润性，而且能够形成稳定的CEI/SEI层，缓解循环过程中的过渡金属溶解，同时还能降低生产成本，具有可观的应用前景，组装的电池具有良好的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池用低浓度电解液及锂离子二次电池，属于锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池在便携式电子产品，电动汽车等领域应用相当广泛。为了满足人们日渐增长的能量密度需求，人们致力于开发高能量密度的正极材料和提高锂离子电池的工作电压。现有的商用锂离子电池正极材料主要是插层型正极材料，分为层状氧化物正极材料（钴酸锂、三元材料）、尖晶石结构（锰酸锂、镍锰酸锂）、聚阴离子型正极材料磷酸铁锂。锂离子在充放电过程中脱出、嵌入。插层型正极材料具有良好的稳定性，适用于商用锂离子电池。但由于正极材料在循环过程中表面与电解液发生副反应，电解液中的锂盐与制备电池过程中产生的微量的水反应分解产生氟化氢，产生的氟化氢攻击正极使过渡金属离子溶解进入电解液沉积在负极侧，造成负极表面的SEI层重构，增大电池体系的阻抗，造成电池的容量衰减，阻碍了锂离子电池的进一步发展。

现有商业锂离子电池电解液为溶解在有机溶剂的六氟磷酸锂盐，其浓度在1M左右，其中锂盐除用于充放电过程中锂离子的传输，以及在正负极与电解液的界面形成CEI/SEI界面层，同时少量锂盐也会与水发生副反应产生氟化氢对正极材料进行亲核攻击，导致过渡金属的溶解，目前通过提高锂盐浓度或采用添加剂等策略，改变锂离子在溶剂中的配位环境提升电池性能，但是这些改性方式会导致电解液成本增加，润湿性变差等问题的产生。如专利CN201710141499采用高浓度锂盐电解液，电池的性能有了明显的提升，但锂盐浓度增加的同时也会增加电解液的粘度，降低电导率及其在电极界面的浸润性，另外，昂贵的锂盐大大的增加了应用成本。

发明内容

本发明的第一个目的是克服现有技术的不足，提供一种缓解过渡金属溶解的锂离子电池用电解液。

本发明的第二个目的在于，提供能够在正负极表面生成稳定的CEI及SEI界面的锂离子电池用电解液。

本发明的第三个目的在于，提供粘度低的锂离子电池用电解液，与高载量的正极浸润性好。

本发明的第四个目的在于，降低现有商用电解液中锂盐添加量，降低生产生成本，提供低成本的商业正极材料锂离子电池用电解液。

本发明的第五个目的在于，提供的锂离子电池用电解液应用于镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂等商业化材料为正极的锂离子电池。

针对常有常规电解液溶液容易与正极材料的过渡金属发生反应而导致溶解，以及现有改性方式成本提高，且电解液与电极润湿性能较差的技术问题，本发明做出了大量尝试，提出一种新的电解液体系，该电解液体系不仅能够解决这些技术问题，而且还能实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锂离子二次电池用低浓度电解液，包括锂盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括链状羧酸酯类溶剂和氟代羧酸酯类溶剂，所述锂盐的浓度为0.01～0.5mol/L。发明人惊奇地发现，当采用链状羧酸酯类溶剂和氟代羧酸酯类溶剂的混合溶剂作为电解液的溶剂体系时，加入低浓度的锂盐不仅能够显著缓解对于电极中过渡金属的溶解，而且对于电池的放电容量影响远低于预期，还能明显改善电池的循环性能。

研究发现，电解液的浸润性会影响电池的性能，而电解液的浸润性除与电解液成分相关外，还与其中锂盐浓度呈负相关；锂盐和溶剂在正负极界面发生反应生成的CEI/SEI界面影响电池的电化学性能。

作为优选，所述链状羧酸酯类溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或两种以上。