锂离子电池用电解液及锂离子电池的制作方法

【技术领域】

本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术：

电解液可以通过溶剂复配降低电解液粘结、提高电解质锂盐的溶解度、改善电解液与正负极界面及增加电解液对正负极材料的浸润性来改善锂离子电池的倍率性能及循环性能。

常用的锂离子电池电解液中的成膜添加剂为碳酸亚乙烯脂，具有成膜效率高、稳定性好等优点，但是成膜阻抗高，阻碍高倍率充放电过程中锂离子的迁移，不能满足动力电池高倍率长循环的要求。

技术实现要素：

本发明提出一种用于锂离子电池并能够改善其倍率性能及循环性能的电解液以及一种使用了该电解液的锂离子电池。

本发明提供一种锂离子电池用电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂及其它功能添加剂，所述成膜添加剂包括甲基苯磺酰异氰酸酯(ptsi)且ptsi在所述非水有机溶剂中的质量百分含量为0.5-1％。

在一个优选实施方式中，所述锂盐为lipf6。

在一个优选实施方式中，所述非水有机溶剂包括环状肽酸酯及/或者线性碳酸酯，优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的一种或几种。

在一个优选实施方式中，所述成膜添加剂还包括碳酸亚乙烯酯且碳酸亚乙烯脂在所述非水有机溶剂中的质量百分含量优选为2％。

在一个优选实施方式中，所述其它功能添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,4-丁磺酸内酯、联苯、氟苯、环己基苯、叔丁基苯、六甲基二硅胺、七甲基二硅胺、丁二腈、己二腈中的一种或几种。

在一个优选实施方式中，所述其它功能添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.5-10％。

本发明还提供一种锂离子电池，包括上述的电解液。

本发明提供的锂离子电池用电解液采用ptsi作为成膜添加剂，形成的sei膜具有较低的界面阻抗，同时还能够抑制pf5酸性物质的活性，减少副反应，从而减少快充循环过程中锂离子的消耗。此外，使用上述电解液的锂离子电池的倍率性能及循环性能得到了进一步的改善。

【附图说明】

图1为分别以对比例、实施例1及实施例2获得的电解液组装的锂离子电池的循环性能测试曲线。

图2为电解液中pf5的副反应机理

图3为ptsi的成膜机理。

【具体实施方式】

本发明提供一种锂离子电池用电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂及其它功能添加剂。

具体的，所述锂盐包括liclo4、lipf6、liasf6、libf4、li(cf3so3)及li(cf3so2)2n中的一种或几种，优选为lipf6。

所述非水有机溶剂包括环状肽酸酯及/或者线性碳酸酯，优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的一种或几种。

所述成膜添加剂包括碳酸亚乙烯酯及甲基苯磺酰异氰酸酯(ptsi)，并且ptsi在所述非水有机溶剂中的质量百分含量为0.5-1％，碳酸亚乙烯脂在所述非水有机溶剂中的质量百分含量优选为2％。

所述其它功能添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,4-丁磺酸内酯、联苯、氟苯、环己基苯、叔丁基苯、六甲基二硅胺、七甲基二硅胺、丁二腈、己二腈中的一种或几种。进一步的，所述其它功能添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.5-10％。

本发明还提供一种锂离子电池，包括正极、负极及电解液，所述电解液包括锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂及其它功能添加剂。所述锂盐包括liclo4、lipf6、liasf6、libf4、li(cf3so3)及li(cf3so2)2n中的一种或几种，优选为lipf6。所述非水有机溶剂包括环状肽酸酯及/或者线性碳酸酯，优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的一种或几种。所述成膜添加剂包括碳酸亚乙烯酯及甲基苯磺酰异氰酸酯(ptsi)，并且ptsi在所述非水有机溶剂中的质量百分含量为0.5-1％，碳酸亚乙烯脂在所述非水有机溶剂中的质量百分含量优选为2％。所述其它功能添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,4-丁磺酸内酯、联苯、氟苯、环己基苯、叔丁基苯、六甲基二硅胺、七甲基二硅胺、丁二腈、己二腈中的一种或几种。进一步的，所述其它功能添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.5-10％。

对比例

室温下，在充满氩气的手套箱中将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯按照1:1:1的质量比混合，然后添加质量百分含量为2％的碳酸亚乙烯脂，再加入锂盐(lipf6)并溶解至浓度为1.1mol/l，得到的电解液标记为电解液0。

实施例1

室温下，在充满氩气的手套箱中将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯按照1:1:1的质量比混合，然后添加质量百分含量为2％的碳酸亚乙烯脂和1％的ptsi，再加入lipf6并溶解至浓度为1.1mol/l，得到的电解液标记为电解液1。

实施例2

室温下，在充满氩气的手套箱中将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯按照1:1:1的质量比混合，然后添加质量百分含量为2％的碳酸亚乙烯脂和0.5％的ptsi，再加入锂盐lipf6并溶解至浓度为1.1mol/l，得到的电解液标记为电解液2。

分别采用电解液0、电解液1及电解液2与铁锂制备的正极及石墨制备的负极组装成圆柱状的锂离子电池，测量它们以6c进行充放电的循环性能及循环50周后的阻抗，测量结果如图1及下表所示。

测试结果显示，采用电解液0、电解液1及电解液2组装的锂离子电池在常温6c循环300周后的容量保持率分别为90％、93％及96％，所以采用ptsi的电解液组装的锂离子电池具有更好的容量保持率。此外，采用ptsi的电解液还能够有效降低sei膜的界面阻抗，从而改善了锂离子电池的快充长循环性能。

所述电解液中不添加ptsi仅以碳酸亚乙烯脂作为成膜添加剂时，碳酸亚乙烯脂在负极还原，形成的sei膜中的li2co3及roco2li等组分易与电解液中的pf5等酸性杂质发生副反应生成低活性产物lif(反应机理如图2所示)，阻碍了锂离子的快速迁移，导致极化大且消耗锂离子。

请参阅图3，ptsi具有较低的lumo能级，优先在负极表面成膜，其还原形成的sei膜组分主要为li2so3、li2s及roso2li，较li2co3及roco2li成分更为稳定，并且不与hf反应生成低活性产物lif，从而降低了界面阻抗，有利于锂离子的扩散和迁移。此外，ptsi中s＝o与n中心电子具有离域效应，相当于弱路易斯碱，能有效降低pf5等酸性杂质的副反应，从而减少快充循环过程中锂离子的消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。