一种锂离子电池用安全电解液及含该电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池用安全电解液及含该电解液的锂离子电池，电解液采用内酯和不可燃氟化醚作为溶剂，以双乙二酸硼酸锂作为锂盐，混合制备而成，溶剂中，内酯的质量百分含量为50‑90％，其余为不可燃氟化醚，所述的内酯为γ‑丁内酯，所述的不可燃氟化醚为1,1,2,2‑四氟乙基‑2,2,3,3‑四氟丙基醚。与现有技术相比，本发明专利技术电解液的闪点高，安全性好，表面张力低，对隔膜以及电极材料的浸润性好，且电解液电导率高，氧化稳定性好，适用于商业化的锂离子电池体系。将电解液用于实验用全电池，电池展现了卓越的循环性能，电解液因而具有很好的应用前景。

Safety electrolyte for lithium ion battery and lithium ion battery containing the same

With the safety of electrolyte and the electrolyte containing lithium ion battery of the invention relates to a lithium ion battery with electrolyte, lactone and nonflammable fluorinated ether as solvent to LiBOB as lithium salt, prepared by mixing, solvent, mass percentage is 50 lactone 90%, the rest is not combustible fluoride ether, the lactone gamma butyrolactone, nonflammable fluorinated ether as a 1,1,2,2 tetrafluoroethyl 2,2,3,3 PTFE propyl ether. Compared with the prior art, the invention of electrolyte of high flash point, good safety, low surface tension, the membrane and the electrode material with excellent wettability and electrolyte with high conductivity, good oxidation stability, suitable for lithium ion battery system in commercial. Using electrolyte as an experimental cell, the battery exhibits excellent cycle performance and electrolyte has a promising application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用安全电解液及含该电解液的锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种锂离子电池用安全电解液及含该电解液的锂离子电池。
技术介绍
随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的快速发展,社会对电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和“绿色”环保等优点而成为移动电源的首选。锂离子电池以其工作电压高、能量密度大和循环寿命长等优点，成为目前新能源领域的研究热点。锂离子电池因具有高额定电压、高比能量、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及环境友好等优点而成为移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪、小型摄像机等电子装置小型轻量化的理想电源。近年来，锂离子电池也被视为下一代电动汽车和混合动力汽车的最具前景的能源器件，但是锂离子电池爆炸、着火等事件常常发生，因此，安全性是锂离子电池大规模应用道路上亟待解决的问题。锂离子电池在正常使用条件下通常是安全的，但是其耐热扰动能力差，存在严重的安全隐患。众所周知，电解液承载着正负极之间锂离子的运输功能，而目前商业化的电解液主要是以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，以碳酸乙烯酯(EC)以及线性碳酸酯(如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC))为溶剂构成。这类电解液虽然有着较高的电导率，但由于LiPF6易与溶剂中的微量水反应，生成的HF会造成过渡金属的溶解，从而导致电极材料结构的改变以及电池容量的衰退。同时，LiPF6的热稳定性不好，热分解温度在70℃左右，这使得锂离子电池的应用范围受到了温度条件的限制。此外，这类电解液中含有的线性碳酸酯通常具有低闪点的特点，使得电池在滥用或受热情况下电解液易发生燃烧、爆炸等事故。近年来，为了提高锂离子电池的电化学性能和安全性能，开发难燃甚至不燃的高性能电解液已成为该领域的研究热点。因而，使用新型的锂离子电池电解液，探索更安全更稳定的电解液组成系统，是管理和控制锂离子电池安全问题的有效途径。双乙二酸硼酸锂(LiBOB)是目前研究较多的一种锂盐，它由于热稳定性好(高于300℃)，电化学窗口宽，成本低廉，无环境污染等优点成为最有应用前途的锂盐之一。另外，LiBOB能够在负极表面形成稳定的固态电解质界面(SEI)膜，甚至在纯碳酸丙烯酯(PC)中能够与石墨负极相容，这是LiPF6所不具备的特点。但是在目前常用的碳酸酯类有机溶剂中，LiBOB溶解度较小，如LiBOB在EC与DEC以1:1(wt)组成的溶剂体系中的溶解度只能达到0.7M，所组成的电解液电导率较低，与电极材料的兼容性较低，电池容量不理想，循环性能较差。对于基于LiBOB构造的电解液，在相应电池具有优异的电池性能的同时能否保证电解液具有较高的安全性仍是需要深入研究的问题。因此，探索更适合LiBOB的具高安全性的溶剂体系，对于将LiBOB的优异性能获得更好的应用具有重要的实际意义。JournalofTheElectrochemicalSociety,155(2008)A733–A738中将1MLiBOB溶解在γ-丁内酯(GBL)中，电解液的电导率可达6.8mScm-1，但是相应的石墨半电池首次循环的库伦效率只有70％，对应的不可逆容量较多，在加入大量的DMC(>50％)后，相应的首次循环的库伦效率可达90％以上，但是该电解液因含有高含量的低闪点、易燃的DMC而具有较低的安全性。德国专利DE10359604A1中采用LiBOB作为锂盐，用烷基碳酸酯、二烷基碳酸酯或者烷基乙酸酯等作为主要溶剂，制备的电解液应用温度范围宽，在低温下仍具有较高的电导率，但是并未解决锂离子电池在首次放电时库伦效率过低，与电极兼容性不佳的问题。中国专利CN101425611A中采用LiBOB作为锂盐，用GBL、线性羧酸酯以及EC为溶剂，以碳酸亚乙烯酯(VC)或亚硫酸乙烯酯(ES)为添加剂，提高了LiBOB的溶解度与电解液的电导率，降低了体系电阻，但是放电比容量仍然不是很理想，同时电解液在全电池中的相容性并未讨论。中国专利CN103827416A中提出了一类非水电解液，电解液中以环状碳酸酯和线性碳酸酯为主溶剂，以磷腈化合物，氟化溶剂以及有机磷酸酯或有机膦酸酯为阻燃共溶剂或添加剂。该电解液虽然一定程度的降低了现有商业化电解液的易燃性，但是由于其体系中仍然含有高度易燃的线性碳酸酯，使得其电解液体系的安全水平依旧不高，其次该电解液至少含有四种溶剂，成分较复杂，对应的电池循环性能均比商业化电解液的电池性能差，这些缺点都限制该电解液的实际应用。而本专利技术所述电解液体系由高闪点溶剂组成，具有较高的安全水平，其次电解液由两种溶剂和一种锂盐组成，成分简单，且对应的电池的室温和高温循环性能均优于商业化电解液的电池性能，具有较大的应用潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电导率高、闪点较高，安全性好，并且氧化电位较宽，适用于商业化的锂离子电池体系的锂离子电池用安全电解液及含该电解液的锂离子电池。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锂离子电池用安全电解液，该电解液采用内酯和不可燃氟化醚作为溶剂，以双乙二酸硼酸锂作为锂盐，混合制备而成。所述的溶剂中，内酯的质量百分含量为50-90％，其余为不可燃氟化醚。作为优选的技术方案，所述的溶剂中，内酯的质量百分含量为70％，不可燃氟化醚的质量百分含量为30％。所述的内酯为γ-丁内酯，所述的不可燃氟化醚为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚。所述的电解液中双乙二酸硼酸锂的摩尔浓度为0.7-1.3mol/L。作为优选的技术方案，所述的电解液中双乙二酸硼酸锂的摩尔浓度为1.0mol/L。一种锂离子电池，包括：电解液、正极、负极，所述的正极、负极为本领域常用正极、负极，所述的电解液为上述锂离子电池用安全电解液。本专利技术电解液中，锂盐为双乙二酸硼酸锂(LiBOB)，结构式如下:：内酯为γ-丁内酯(GBL)，结构式如下：不可燃氟化醚为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(F-EPE)，结构式如下：在实际制备时，将适量GBL与适量F-EPE混合均匀，加入到洁净干燥的试剂瓶中作为电解液的溶剂；GBL的质量百分比为50～90％，F-EPE的质量百分比为10～50％，将上述溶剂混合物加入到适量锂盐LiBOB中，搅拌使其充分溶解，锂盐的浓度为0.7～1.3M。本专利技术电解液的安全性、氧化稳定性和电池循环性能按照如下方法进行评价:1、安全性能测试采用闪点测试仪(上海阳光科学仪器制造有限公司)，通过闭杯法测得电解液的闪点值来评价其安全性能。样品用量为2ml，升温步长为5℃，稳定停留时间为1s。闪点测试结果为三次连续测试的平均值。2、氧化稳定性测试电解液的氧化稳定性采用线性扫描伏安法进行测试。测试系统为三电极体系，其中工作电极为玻碳电极(直径为3mm)，对电极以及参比电极为锂箔，扫描速度为10mVs-1。3、电池循环性能测试电池的室温和高温循环性能采用石墨/三元(graphite/LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2)全电池体系，由CT2001A型LAND电池测试设备(武汉蓝电)分别在室温(25℃)和高温(60℃)下进行恒流充放电测得。全电池充放电电压范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用安全电解液，其特征在于，该电解液采用内酯和不可燃氟化醚作为溶剂，以双乙二酸硼酸锂作为锂盐，混合制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用安全电解液，其特征在于，该电解液采用内酯和不可燃氟化醚作为溶剂，以双乙二酸硼酸锂作为锂盐，混合制备而成。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用安全电解液，其特征在于，所述的溶剂中，内酯的质量百分含量为50-90％，其余为不可燃氟化醚。3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池用安全电解液，其特征在于，所述的溶剂中，内酯的质量百分含量为70％，不可燃氟化醚的质量百分含量为30％。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用安全电解液，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立，石培，房少华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31