专利名称：一种电解液及锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种电解液以及含有该电解液的锂离子电池。
背景技术：
锂离子电池因其使用电压高，能量密度高，循环寿命长等特点，经过近十多年的发展，已经广泛应用于各类便携式数码产品上，软包装锂离子电池也由于其外形多变而应用极其广泛。但是近年来，随着这些机器更进一步高效能化，要求电池具有更高的容量。为了锂离子电池得到较高容量发挥，技术人员通常对正极材料、负极材料进行多种性能的改进与修饰。锂离子电池有效容量跟锂离子电池充电截止电压有直接关系，充电截止电压在一定范围内愈高，则电池有效容量愈高；当然锂离子电池的充电截止电压不能无限提高，充电截止电压高于4. 2V时，电池发生析气反应或电池发生内短路发热，电解液分解造成电池内压增大，电池会发生鼓胀、甚至爆炸。充电截止电压适当高于4. 2V时，虽能有效提高锂离子电池容量，但电池的析气反应导致电池循环性能差。目前锂离子电池4. 2V的充电截至电压是锂离子电池保证电池容量、保持较高循环性能的最佳平衡点。
发明内容
本发明的目的是针对上述锂离子电池容量与电池循环性能的矛盾问题，提供一种既能够提高电池容量，又能保持较高循环性能的锂离子电池电解液。本发明的另一目的是提供一种高容量、高循环性能的锂离子电池。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案本发明公开了一种锂离子电池电解液，所述电解液包括六氟磷酸锂、溶剂和添加剂，所述添加剂包括苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯。本发明中，所述添加剂还包括苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一种或两种。所述苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分别为电解液总质量的
0.1% _5%，优选为 _5%，更优选为 3. 5% -5%。所述苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一种或两种的用量分别为电解液总质量的
1.5-2. 5%，优选为 2%。本发明中，所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯，且碳酸乙烯酯碳酸甲乙酯碳酸二乙酯的体积比为1.8-2.2 0.8-1.2 3. 8-4. 2 ；所述六氟磷酸锂浓度为 1. 1-1. 3mol/L。本发明的实施例中碳酸乙烯酯碳酸甲乙酯碳酸二乙酯的体积比为2 :1:4;所述六氟磷酸锂浓度为1. 2mol/L。需要指出的是，上述比例0:1:4)或浓度(1. 2mol/L)在试验允许的范围内调整变化，不会影响本发明的实施例中的有益效果。本发明还公开了一种锂离子电池，所述电池包括电解液，由含有活性锂化合物制备而成的正极极片，以及由含有石墨化碳制备而成的负极极片，所述电解液为上述本发明公开的电解液；所述活性锂化合物的中位径为18-19 μ m，比表面积为0. 15-0. 25m2/g，所述正极极片的压实密度为3. 7-3. 8g/cm3, IC容量发挥为150_170mA/g ；所述石墨化碳的中位径为20-21 μ m,比表面积为1. 6-1. 7m2/g，所述负极极片的压实密度为1. 5-1. 6g/cm3, IC容量发挥为330-360mA/g。本发明的实施例中，所述活性锂化合物的主要成分为钴酸锂；所述石墨化碳的主要成分为天然石墨。由于采用以上技术方案，本发明的有益效果在于采用本发明公开的电解液制备的锂离子电池，解决了电池容量与电池循环性能的矛盾问题，将电池充电截止电压提高到4. 35V，有效的提高了锂离子电池的容量约15%，并且其充放电循环性能良好，循环300次后容量仍可保持初始容量的90%。另外，本发明的电解液及锂离子电池能在电池的正极和负极材料表面形成一种致密的钝化膜，减少了电池在化成时的产气量，克服了目前常规锂离子电池充电电压高于4. 2V时由于析气反应，膨胀影响电池外观和使用寿命的问题；经过300次循环后，电池厚度变化小于3%，电池外观几乎没有变化，提高了电池的使用寿命。
图1为本发明实施例中电池在高电压下(4. 35V)的容量-电压曲线图；图2为本发明实施例中电池在高电压(4.35V)下充放电的循环次数与容量保持率的曲线图；图3为本发明实施例中电池经过300次循环后，软包装锂离子电池的正面外观图；图4为本发明实施例中电池经过300次循环后，软包装锂离子电池的侧面外观图；图5为本发明对比例1中电池在常规电压下G.2V)的容量-电压曲线图；图6为本发明对比例2中电池在高电压下(4. 35V)的容量-电压曲线图；图7为本发明对比例2中电池在高电压(4. 35V)下充放电的循环次数与容量保持率的曲线图；图8为本发明对比例2中电池经过200次循环后，软包装锂离子电池的正面外观图；图9为本发明对比例2中电池经过200次循环后，软包装锂离子电池的侧面外观图。
具体实施例方式锂离子电池的容量可以随电池的充电电压增加而增加，因此提高电池的充电截止电压可以有效提高电池容量。但是，锂离子电池的充电截止电压不能无限提高，充电截止电压高于4. 2V时，电池发生析气反应或电池发生内短路发热，电解液分解造成电池内压增大，电池会发生鼓胀、甚至爆炸。特别是铝塑外壳的软包装锂离子电池，当充电电压高于4. 2V时，其外壳发生鼓胀造成电池外观不良，同时由于软包装电池的组织松软，压实力不足，极易产生脱粉，缩短电池的寿命。
本发明的电解液中加入了添加剂苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯，同时还加入了苯甲醚、二乙基(氰基甲基)膦酸酯中的一种或两种；其中苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分别为电解液总质量的0. 1 % -5 %，优选为1 % -5 %，更优选为3. 5%-5%;苯甲醚、二乙基(氰基甲基)膦酸酯中的一种或两种的用量分别为电解液总质量的1.5-2. 5%，优选为2%。所述电解液还加入了体积比为1.8-2. 2 0.8-1.2 3.8-4.2的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯，以及浓度为1. 1-1. 3mol/L的六氟磷酸锂；本发明的实施例中，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的比例为2 1 4，六氟磷酸锂浓度为1.2mol/L。通过电解液与本发明中的正负极材料搭配使用，使得本发明提供的锂离子电池在充到高电压(4.35V)时，即有效的提高了电池容量，有不影响其充放电循环性能。由于添加剂的加入，阻止了电解液的析气反应，达到防气胀导致的外观不良的作用，延长电池的使用寿命。具体的，为了达到提高电池容量，改善电池循环性能，提高电池使用寿命的目的，本发明实施例中所用的电池正极材料的中位径为18. 75 μ m ；比表面积为0. 2m2/g ；正极极片的压实密度为3. 7-3. 8g/cm3 ； IC容量发挥150_170mA/g。同时，电池负极材料的中位径为20. 65 μ m ；比表面积为1. 64m2/g ；所述负极极片的压实密度为1. 5-1. 6g/cm3 ； IC容量发挥 330-360mA/g。下面通过具体实施例和对比例对本发明作进一步详细说明。以下实施例和对比例仅仅对本发明进行进一步的说明，不应理解为对本发明的限制。实施例1.电池体系特征电池型号6M199P ；正极体系钴酸锂(包覆、掺杂)；负极体系天然石墨。钴酸锂理化性能:D50为18. 75 μ m ；比表面积为0. 2m2/g ；极片压实密度为3. 7 3. 8g/cm3 ； IC容量发挥150 170mA/g ；天然石墨D50为20. 65 μ m ；比表面积为1. 64m2/g ；极片压实密度为 1. 5 1. 6g/cm3 ； IC 容量发挥 330 360mA/g。电解液体系EC/EMC/DEC (体积比2 1 4)，锂离子浓度(Li+) 1. 2mol/L ；添加剂为苯并三氮唑类化合物2% (电解液总重量的百分比)，全氟代碳酸乙烯酯2% (电解液总重量的百分比)。2.电池容量测定采用蓝电检测柜测试电池容量，具体操作如下(1)恒流(0. 5C)放电至3. OV ；⑵恒流(0. 5C)充电至4. 35V ； (3)恒压(4. 35V)充电至电流小于IOmA止；(4)静置5min ； (5)恒流(0. 5C)放电至3. OV。根据上述条件，电池容量测定结果都大于3390mAh (表1)，容量-电压曲线(图1)。表1电容量测定结果
电池(组别)电池放电容量/mAh133932339权利要求
1.一种锂离子电池电解液，所述电解液包括六氟磷酸锂、溶剂和添加剂，其特征在于所述添加剂包括苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于所述添加剂还包括苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于所述苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分别为电解液总质量的0. 1% -5%。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于所述苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分别为电解液总质量的_5%。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于所述苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分别为电解液总质量的3. 5% -5%。
6.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于所述苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一种或两种的用量分别为电解液总质量的1. 5-2. 5%。
7.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于所述苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一种或两种的用量分别为电解液总质量的2%。
8.根据权利要求1-7任一项所述的电解液，其特征在于所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯，且碳酸乙烯酯碳酸甲乙酯碳酸二乙酯的体积比为1. 8-2. 2 0. 8-1. 2 3. 8-4. 2 ；所述六氟磷酸锂浓度为 1. 1-1. 3mol/L。
9.一种锂离子电池，所述电池包括电解液，由含有活性锂化合物制备而成的正极极片，以及由含有石墨化碳制备而成的负极极片，其特征在于所述电解液为权利要求1-8任一项所述的电解液；所述活性锂化合物的中位径为18-19μπι，比表面积为0. 15-0. 25m2/g，所述正极极片的压实密度为3. 7-3. 8g/cm3, IC容量发挥为150_170mA/g ；所述石墨化碳的中位径为20-21 μ m,比表面积为1.6-1.7m2/g，所述负极极片的压实密度为1. 5-1. 6g/cm3, IC容量发挥为330-360mA/g。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于所述活性锂化合物的主要成分为钴酸锂；所述石墨化碳的主要成分为天然石墨。
全文摘要
本发明公开了一种电解液及锂离子电池，属于锂离子电池领域。针对目前锂离子电池容量不高，当充电电压高于4.2V时，电池产气膨胀，循环性能差，影响使用寿命等问题，本发明提供了一种电解液，包括六氟磷酸锂、溶剂和添加剂，所述添加剂包括苯并三氮唑类化合物和全氟代碳酸乙烯酯。该电解液能够减少电池化成时的产气量，防止电池产气膨胀，提高电池使用寿命；同时提高电池容量，改善循环性能。本发明公开的锂离子电池采用上述电解液，使得电池充电截止电压提高到4.35V，电容量提高了15％，并且循环300次后容量仍保持初始容量的90％，电池厚度变化小于3％，提高了使用寿命。
文档编号H01M10/0525GK102593510SQ20111000192
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者姚彩芳, 张小海, 张雨婷, 贾秋荣, 赵付双, 邱沫 申请人:深圳市比克电池有限公司