专利名称：一种促进石墨负极成膜的锂离子电池电解液及其制备的锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明属于电化学技术领域，具体地属于锂离子电池领域，涉及一种促进 石墨负极成膜的锂离子电池电解液及其制备的锂离子电池。
背景技术：
随着人们环保意识的增加及地球资源的有限，迫使人们提高对资源的利用 率，二次锂离子电池的优点使其成为了强有力的候选者之一。由于锂离子电池 具有能量密度高、比功率大、循环件能好、无记忆效应、无污染等特点，锂离 子电池已经在手机、移动电话、移动摄像机、笔记木电脑等各种电子产品中得 到很好的利用，同时它也是将来电动车能源的理想选择。但是，电池的使用范围 较窄却是锂离子电池目前发展的重要阻碍，尤其是低温条件下的电池性能的扩 展.许多低温条件下如冬季、高纬度、航天技术条件下等都需要锂离子电池能 够正常发挥其性能，但是由于目前商业化用锂离子电池的电解液基本都含有碳
酸乙烯酯，而其熔点为39°C,显然无法适应后前对锂离子电池低温性能的要求。 为了解决这些问题，可行的方法是改用其它熔点较低的溶剂如碳酸丙烯酯(熔点 为-49'C)作为电解液溶剂或者是对石墨材料进行改性，但是由于碳酸丙烯酯能 够共嵌入目前商用锂离子电池的石墨负极材料中，从而导致石墨层的剥落和电 池性能的严重衰退，而且这些方法也增加了电池的成本和复杂性，效果也不是 很理想。通过添加剂实现电池成膜就解决了这些问题。目前，添加剂的种类基本局限在二氧化碳、二硫化碳、异氰酸的衍生物和亚 硫酸酯的衍生物，由于添加该类添加剂后，会影响到电池的正常充放电能力， 影响其循环效率，同时对电池正极材料的表面形态有一定的负面影响，电池在 充放电的过程中产生了大量的气体，使电池膨胀从而无法起到保证锂离子电池 低温使用的性能。
本发明所要解决的一个技术问题是将提供一种促进石墨负极成膜且对锂离 子电池性能影响非常小的锂离子电池电解液。本发明所要解决的另一个技术问 题是将提供一种充放电循环效率高的锂离子电池。
为解决上述第一个问题，本发明采用的技术方案是促进石墨负极成膜的锂 离子电池电解液，其特征在于所述的锂离子电池电解液中含有用如下结构式 表示的添加剂，并且该添加剂在锂离子电池电解液中所占的重量比例为0.02 %-65.6%;<formula>complex formula see original document page 5</formula>
上述结构式中取代为一元、二元或三元取代，并且，X、 Y、 Z分别独立选自碳原 子在0 20之间的垸基、垸氧基、芳香基团、羟基、羧基、醚氧基、氰基、硝
基、卤素或卤代烃。尤其是分别独立选自以下基团甲基、乙基、丙基、乙烯
基、亚乙烯基、苯基、苯甲基、节基、三氟甲基磺酸基、磺酸基、三氟甲基、 溴基或氟基
发明内容
上述的添加剂优先选自以下物质中的至少一种2-苯基-l-甲基-咪唑，2-亚乙烯基-1-乙基咪唑，2-氰基-l-甲基咪唑，2-乙烯基-1-苯基咪唑，1-甲基-2-三氟甲基-咪唑，2-磺酸基-1-乙基咪唑，1-甲基-2苯基-3-氟基咪唑，2-溴基-l-乙基咪唑，l-乙基-2-三氟甲基磺酸基-咪唑，l-甲基-2硝基咪唑，l-乙基-2-苯 甲基-咪唑，l-乙基-2-节基-咪唑，2-乙烯基咪唑，2-苯基咪唑，2-乙腈咪吵，2-三氟甲基咪唑，2-溴咪唑，2-乙基咪唑，2-氯咪唑，2-磺酸基咪唑，2-亚乙烯基 咪唑。
本发明一种更进一步的技术方案是所述的锂离子电池电解液中含有0.6 wt.%-90.4 wt /。的碳酸丙烯酯。
为解决上述第二个问题，本发明采用上面所述的促进石墨负极成膜的锂离 子电池电解液来制备得到锂离子电池。
本发明的有益效果是在锂离子电池电解液中加入所述的添加剂，能够有效 促进石墨负极成膜，提高电解液的低温使用性能，提高充放电的循环效率。由 所述电解液制备得到的锂离子电池，同样具备了这些优点，同时对锂离于电池 的正常的性能影响很小完全可以满足应用的需要。且本发明操作性强、成本低。
图1是实施例1所得的锂离子电池在电压范围是0-2V循环性能测试的电压 一时间曲线、与对比例所得的锂离子电池在电压范围是0-2V循环性能测试的电 压一时间曲线的比较图。
具体实施例方式
下面通过具体实施例、以及与对比例的比较，对本发明作进一步的描述。但 本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
实施例1:
将碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯以1: 1的比例混合，向其中加入一定量的六 氟磷酸锂使其配制为lmol/L的电解液，然后向其中加入该添加剂2 —苯基咪唑， 使其溶解制备出本发明的电解液。
以电解液的重量为基准，该添加剂的成分为2 —苯基咪唑lwt. %。
正极的制备将一定量的LiCo02和乙炔黑均匀分散在由聚偏氟乙烯(PVDF) 溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(醒P)中的溶剂中，得到均匀的浆料，涂覆在铝箔 上在12(TC真空中烘干12小时，压延后得到正极极片。
负极的制备将一定量的碳中间相微球(CMS)和乙炔黑均匀分散在由聚偏 氟乙烯(PVDF)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(丽P)中的溶剂中，得到均匀的浆 料，涂覆在铜箔上在12(TC真空中烘干12小时，压延后得到负极极片。
锂离子电池的制备将上述的正极和负极极片与Celgand 2400隔膜组装成 扣式电池，同时将前面的所得到的电解液加入该电池中，密封制得锂离子电池。
实施例2:
将碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯以1: 1的比例混合，向其中加入一定量的六 氟磷酸锂使其配制为lmol/L的电解液，然后向其中加入该添加剂2 —苯基咪唑， 使其溶解制备出本发明的电解液。
以电解液的重量为基准，该添加剂的成分为2 —苯基咪唑3wt. %。 根据实施例1的相同方法采用本实施例得到的电解液制备出锂离子电池。
将碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯以1: 1的比例混合，向其中加入一定量的六 氟磷酸锂使其配制为lmol/L的电解液，然后向其中加入该添加剂2 —苯基咪唑， 使其溶解制备出本发明的电解液。
以电解液的重量为基准，该添加剂的成分为2 —苯基咪唑5wt. %。 根据实施例1的相同方法采用本实施例得到的电解液制备出锂离子电池。
实施例4:
将碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯以1: 1的比例混合，向其中加入一定量的六
氟磷酸锂使其配制为lmol/L的电解液，然后向其中加入该添加剂2-氰基-1-甲
基咪唑，使其溶解制备出本发明的电解液。
以电解液的重量为基准，该添加剂的成分为2-氰基-卜甲基咪唑lwt. %。
根据实施例1的相同方法采用本实施例得到的电解液制备出锂离子电池。
将碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯以1: 1的比例混合，向其中加入一定量的六
氟磷酸锂使其配制为lmol/L的电解液，然后向其中加入该添加剂2-氰基-1-甲
基咪唑，使其溶解制备出本发明的电解液。
以电解液的重量为基准，该添加剂的成分为2-氰基-l-甲基咪唑3wt. %。 根据实施例1的相同方法采用本实施例得到的电解液制备出锂离子电池。
实施例6:
将碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯以1: 1的比例混合，向其中加入一定量的六 氟磷酸锂使其配制为lmoVL的电解液，然后向其中加入该添加剂2-氰基-l-甲
基咪唑，使其溶解制备出本发明的电解液。
以电解液的重量为基准，该添加剂的成分为2-氰基-1-甲基咪唑5wt. %。
根据实施例1的相同方法采用本实施例得到的电解液制备出锂离子电池。
对比例
将碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯以1: 1的比例混合，向其中加入一定量的六 氟磷酸锂使其配制为lmol/L的电解液，使其溶解制备出本比较例的电解液。
根据实施例1的相同方法采用本对比例得到的电解液制备出锂离子电池。 [电池性能的测试]
将上述的实施例1和对比例所得的锂离子电池，对其进行0. 2C倍率下，电 压范围是0-2V的循环性能测试，结果见附图l。
可以看出实施例中相应时间的成膜性能明显优于对比例中，实施例1的正极 材料表面形态没有被破坏，同时其正常的充放电曲线明显好于比较例，且能够 保证石墨负极材料在碳酸丙烯酯中具有良好的电化学性能，能够满足锂离子电 池的应用需要。
权利要求
1、一种促进石墨负极成膜的锂离子电池电解液，其特征在于所述的锂离子电池电解液中含有用如下结构式表示的添加剂，并且该添加剂在锂离子电池电解液中所占的重量比例为0.02％-65.6％；上述结构式中取代为一元、二元或三元取代，并且，X、Y、Z分别独立选自碳原子在0～20之间的烷基、烷氧基、芳香基团、羟基、羧基、醚氧基、氰基、硝基、卤素或卤代烃。
2、 根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于所述添加剂的 取代基X、 Y、 Z分别独立地选自以下基团甲基、乙基、丙基、乙烯基、亚乙烯基、苯基、苯甲基、苄基、三氟甲基磺酸基、磺酸基、三氟甲基、溴基或氟 基。
3、 根据权利要求1或2所述的锂离子电池电解液，其特征在于所述的添 加剂选自以下物质中的至少一种2-苯基-l-甲基-咪唑，2-亚乙烯基-l-乙基咪 唑，2-氰基-l-甲基咪唑，2-乙烯基-l-苯基咪唑，1-甲基-2-三氟甲基-咪唑，2-磺酸基-l-乙基咪唑， 1-甲基-2苯基-3-氟基咪唑，2-溴基-1-乙基咪唑，1-乙基 -2-三氟甲基磺酸基-咪唑，l-甲基-2硝基咪唑，1-乙基-2-苯甲基-咪哇，1-乙 基-2-节基-咪唑，2-乙烯基咪唑，2-苯基咪唑，2-乙腈咪唑，2-三氟甲基咪唑，2_ 溴咪唑，2-乙基咪唑，2-氯咪唑，2-磺酸基咪唑，2-亚乙烯基咪唑。
4、 根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于以电解液的重量为基准，所述的锂离子电池电解液中含有0.6%-90.4%的碳酸丙烯酯。
5、 一种由权利要求1—4中任一项所述的促进石墨负极成膜的锂离子电池电解液制备的锂离子电池。
全文摘要
本发明公开了一种促进石墨负极成膜的锂离子电池电解液及其制备的锂离子电池。所述的锂离子电池电解液中含有用如下结构式表示的添加剂，并且该添加剂在锂离子电解液中所占的重量比例为0.02％-65.6％。上述结构式中取代为一元、二元或三元取代，并且，X、Y、Z分别独立选自碳原子在0～20之间的烷基、烷氧基、芳香基团、羟基、羧基、醚氧基、氰基、硝基、卤素或卤代烃。本发明能够有效促进石墨负极成膜，提高电解液的低温使用性能，提高充放电的循环效率。由所述的电解液制备得到的锂离子电池，同样具备了这些优点。
文档编号H01M10/40GK101345325SQ200810025199
公开日2009年1月14日 申请日期2008年5月5日 优先权日2008年5月5日
发明者吴宇平, 琴 夏, 霞 李, 斌 王, 谷秀娟, 陶荣辉, 骆宏钧 申请人:张家港市国泰华荣化工新材料有限公司