一种高、低温性能兼顾的磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池非水电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种高、低温性能兼顾的磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池非水电解液，它包括：ＬｉＰＦ↓［６］锂盐、有机溶剂、成膜添加剂；其特征在于：它还含有高温添加剂；所述的有机溶剂由一种或几种碳酸酯和一种或几种低熔点、高沸点的羧酸酯组成。所述的低熔点、高沸点的羧酸酯选自丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯或乙酸丁酯中的一种或几种组合。所述的高温添加剂为１，３－丙烷磺内酯、１，４－丁烷磺内酯。该电解液用在磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池能够兼顾高温状态下的循环性能和低温搁置性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子二次电池用非水电解液，尤其涉及一种高、低温性能兼顾的磷 酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池非水电解液。
技术介绍
随着全世界石油资源的逐步枯竭和汽车尾气对环境污染的日益严重，电动车(EV)和 混合动力车(HEV)以及相应动力电源得到迅速发展。目前，EV和HEV主要使用铅酸和 镍氢电池作为驱动电源，但是它们的寿命短，而且容易造成环境污染，随着全球范围内能 源危机的出现，锂离子电池作为绿色、可持续发展的能源，成为21世纪能源领域的主要发 展方向。锂离子二次电池由于能量密度大、工作电压高、循环寿命长、对环境污染小等诸 多优点，成为目前新能源领域的研究热点。随着锂离子电池用量的迅猛增加和电动汽车对 大容量锂离子电池的需求，迫切需要发展具有高安全性、高能量密度、高功率、长循环、 环保及价廉的锂离子电池，为此需要开发出环境友好、原料资源丰富、性能优异的锂离子 电池正、负极材料和电解液。磷酸铁锂(LiFePO》以其优异的性能，低廉的价格成为动力 锂离子电池首选的正极材料。电解液作为电池的重要组成部分，在正负极间起着传输锂离子和传导电流的作用，选 择合适的电解质也是获得高能量密度、长循环寿命和安全性良好的锂离子二次电池的关键， 因此在深入研究磷酸铁锂正极材料生产工艺的同时，开发适用于磷酸铁锂的电解液也非常 的重要。目前磷酸亚铁锂在高温下容量损失迅速，循环性能差，而在低温下放电容量很低、 而且电池的高倍率放电性能还很难达到动力电池的要求。为满足上述需求，在电解液的开 发上逐渐倾向于用一些新的溶剂和添加剂来优化有机电解液的组成，这是提高有机电解液 的电导率，减小极化，是提高电池性能最重要的途径之一。通过优化有机溶剂的组成，能 够使电解液获得尽可能高的电导率。在锂离子电池中使用单一溶剂己难达到电解液的要求， 目前商品化的液态锂离子电池都是采用混合溶剂体系。为了满足锂离子电池高电压(>4V)性能的要求，作为锂离子电池实用的有机电解液应该具有以下特性(1) 以Li+传导的离子电导率尽可能的高；(2) 电化学稳定的电位范围尽可能宽；(3) 良好的热稳定性，使用的温度范围尽可能宽；(4) 良好的化学稳定性，与电池内的集流体和活性物质不发生反应；(5) 良好的安全性和尽可能低的毒性，最好能够生物降解；(6) 价格低。影响一个有机溶剂作为锂离子电池电解质溶剂的因素很多，但决定其商业化应用的最 重要因素是其安全性、长期的稳定性及反应速率。安全性主要是考虑有机溶剂的闪点、挥 发性、毒性和电池在滥用状态下同其它电池材料的反应等问题。由于锂离子电池具有较高 的电压，这就要求电解液应该具有足够的氧化稳定性，研制能够应用于电池且具有热力学 和动力学稳定性的电解液是锂离子电池研究中最富挑战性的一项工作。由于醚电解液在电 压超过4V以上时，就会发生氧化反应，使有机溶剂发生聚合，如果在有机溶剂分子中引 入一定的电负性基团例如氰基、碳酸根或酯基，将会增加有机溶剂的耐氧化稳定性，如乙 腈即使在较高的电压下也难于被氧化,但乙腈对锂不稳定，能否在锂离子电池中得到应用还 有待进一步的研究，有机碳酸酯类如EC，PC和DMC等以其良好的电化学稳定性而在锂离 子电池中得到了应用，Sony公司在其最早商品化的电池中就使用了混合溶剂作为锂离子电 池电解液。长期的稳定性就是要求电解液具有内在的稳定性，不与电池的活性电极材料发生反应， 或者能在电极表面反应形成一个离子通透性非常好的膜，这就要求Li+具有较高的淌度并且 其迁移数接近1，然而当锂盐溶解于有机溶剂时，溶剂分子所含的氧原子、氮原子几乎都 会与锂发生配位作用形成溶剂络合物，从而使锂离子的迁移数小于0.5。因此降低锂离子的 极化效应对锂离子迁移数的影响以及提高电解液的导电性是选择溶剂的一个重要标准。提 高有机电解液的电导率是提高电极的反应速率，实现电池在可逆容量下大电流充放电的前 提，优化有机电解液的组成，提高有机电解液的电导率，改善SEI膜的性能，是提高电极 反应速率的最重要的途径之一。对锂离子电池，有机电解液与电极的相容匹配是制约锂离子电池的高电压、高比能量 和长循环效率等性能特点的重要因素。研究有机电解液与电极的相互作用机理，是改善锂离子电池性能的重要途径。现在人们普遍接受的有机电解液与电极的相互作用机理是在 电池首次充放电过程中作为锂离子电池的极性非质子溶剂不可避免地都要在电极与电解液 的相界面上反应，形成覆盖在电极表面上的钝化薄层一固体电解质相界面膜，SEI膜的形 成一方面消耗了电池中有限的锂离子，另一方面也增加了电极/电解液的界面电阻，造成 了一定的电压滞后，但优良的SEI膜具有有机溶剂的不溶性，允许锂离子比较自由地进出 电极而溶剂分子却无法穿越，从而阻止了溶剂分子共插对电极的破坏，大大提高了电池的 循环寿命。因而，如何优化电极微细结构，改善界面状况，如何选择适当的电解液，保证 电解液各组分在电极/电解液相界面形成优良的、性能稳定的、锂离子可导的SEI膜是实现电极/电解液相容性的关键因素。碳酸酯主要包括环状碳酸酯和链状碳酸酯两类。碳酸酯类溶剂具有较好的电化学稳定 性、较高的闪点和较低的熔点而在锂离子电池中得到广泛的应用，在已商业化的锂离子电 池中基本上都采用碳酸酯作为电解液的溶剂。锂离子电池中常用的环状碳酸酯主要包括乙烯碳酸酯(EC)，丙烯碳酸酯(PC)和碳酸丁烯酯(BC)等，PC是研究历史最长的溶剂。 EC具有较大的介电常数，因而在锂离子电池中获得了较广泛的应用。链状碳酸酯主要包括 碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等，此类溶剂都具有较低 的粘度和较低的介电常数，它们通常与环状碳酸酯组成混合溶剂用于锂离子电池。羧酸酯同样也包括环状羧酸酯和链状羧酸酯两类。环状羧酸酯中最主要的有机溶剂是 丁内酯和它的一些衍生物。？丁内酯的介电常数小于PC，故其溶液电导率比PC低，曾 在一次锂电池中得到广泛应用。链状羧酸酯RiCOOR2(其中R！和R2是碳数在5以下的垸基) 其中主要有甲酸甲酯(MF)，甲酸乙酯(EF)，乙酸甲酯(MA)，乙酸乙酯(EA)，丙酸乙酯 (EP)， 丁酸乙酯(EB)等。这些物质具有低粘度和宽的熔沸点温度范围等优点，所以其 在二次锂离子电池电解液领域有望得到应用。成膜添加剂主要包括碳酸亚乙烯酯(VC)，亚硫酸乙烯酯(ES)，双草酸硼酸锂(LiBOB), 1，3-丙烷磺内酯(PS)，四氟硼酸锂(LiBF4)等，主要是通过成膜添加剂的加入使电池预充之 后在负极材料表面形成一种致密、稳定、阻抗低的SEI膜。中国专利01116314.3公开了一种非水电解液，它包括碳酸酯和羧酸酯中的至少一种， 通过添加碳酸(二乙烯基)亚乙基酯在负极形成膜，来提高该非水电解液的高温充电状态 下的搁置性能，但是，注入该专利技术的非水电解液的电池难以兼顾高温状态下的循环性能和 低温搁置性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高、低温性能兼顾的磷酸铁锂为正极材料的锂 离子二次电池非水电解液，该电解液用在磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池能够兼顾 高温状态下的循环性能和低温搁置性能。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案一种高、低温性能兼顾的锂离子二次电池非水电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高、低温性能兼顾的磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池非水电解液，它包括：ＬｉＰＦ↓［６］锂盐、有机溶剂、成膜添加剂；其特征在于：它还含有高温添加剂；所述的有机溶剂由一种或几种碳酸酯和一种或几种低熔点、高沸点的羧酸酯组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春巍，张若昕，张利萍，刘建生，周莉，贺云鹏，
申请(专利权)人：广州天赐高新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]