【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于動力電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池用電解液及使用該電解液的鋰離子電池。

背景技術(shù)：

電解液可以通過溶劑復(fù)配降低電解液粘結(jié)、提高電解質(zhì)鋰鹽的溶解度、改善電解液與正負(fù)極界面及增加電解液對正負(fù)極材料的浸潤性來改善鋰離子電池的倍率性能及循環(huán)性能。

常用的鋰離子電池電解液中的成膜添加劑為碳酸亞乙烯脂，具有成膜效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是成膜阻抗高，阻礙高倍率充放電過程中鋰離子的遷移，不能滿足動力電池高倍率長循環(huán)的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種用于鋰離子電池并能夠改善其倍率性能及循環(huán)性能的電解液以及一種使用了該電解液的鋰離子電池。

本發(fā)明提供一種鋰離子電池用電解液，包括鋰鹽、非水有機溶劑、成膜添加劑及其它功能添加劑，所述成膜添加劑包括甲基苯磺酰異氰酸酯(ptsi)且ptsi在所述非水有機溶劑中的質(zhì)量百分含量為0.5-1％。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述鋰鹽為lipf6。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述非水有機溶劑包括環(huán)狀肽酸酯及/或者線性碳酸酯，優(yōu)選為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁內(nèi)酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的一種或幾種。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述成膜添加劑還包括碳酸亞乙烯酯且碳酸亞乙烯脂在所述非水有機溶劑中的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為2％。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述其它功能添加劑為碳酸亞乙烯酯、1,3-丙磺酸內(nèi)酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亞乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烯磺酸內(nèi)酯、甲烷二磺酸亞甲酯、1,4-丁磺酸內(nèi)酯、聯(lián)苯、氟苯、環(huán)己基苯、叔丁基苯、六甲基二硅胺、七甲基二硅胺、丁二腈、己二腈中的一種或幾種。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述其它功能添加劑在所述電解液中的質(zhì)量百分含量為0.5-10％。

本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包括上述的電解液。

本發(fā)明提供的鋰離子電池用電解液采用ptsi作為成膜添加劑，形成的sei膜具有較低的界面阻抗，同時還能夠抑制pf5酸性物質(zhì)的活性，減少副反應(yīng)，從而減少快充循環(huán)過程中鋰離子的消耗。此外，使用上述電解液的鋰離子電池的倍率性能及循環(huán)性能得到了進(jìn)一步的改善。

【附圖說明】

圖1為分別以對比例、實施例1及實施例2獲得的電解液組裝的鋰離子電池的循環(huán)性能測試曲線。

圖2為電解液中pf5的副反應(yīng)機理

圖3為ptsi的成膜機理。

【具體實施方式】

本發(fā)明提供一種鋰離子電池用電解液，包括鋰鹽、非水有機溶劑、成膜添加劑及其它功能添加劑。

具體的，所述鋰鹽包括liclo4、lipf6、liasf6、libf4、li(cf3so3)及l(fā)i(cf3so2)2n中的一種或幾種，優(yōu)選為lipf6。

所述非水有機溶劑包括環(huán)狀肽酸酯及/或者線性碳酸酯，優(yōu)選為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁內(nèi)酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的一種或幾種。

所述成膜添加劑包括碳酸亞乙烯酯及甲基苯磺酰異氰酸酯(ptsi)，并且ptsi在所述非水有機溶劑中的質(zhì)量百分含量為0.5-1％，碳酸亞乙烯脂在所述非水有機溶劑中的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為2％。

所述其它功能添加劑為碳酸亞乙烯酯、1,3-丙磺酸內(nèi)酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亞乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烯磺酸內(nèi)酯、甲烷二磺酸亞甲酯、1,4-丁磺酸內(nèi)酯、聯(lián)苯、氟苯、環(huán)己基苯、叔丁基苯、六甲基二硅胺、七甲基二硅胺、丁二腈、己二腈中的一種或幾種。進(jìn)一步的，所述其它功能添加劑在所述電解液中的質(zhì)量百分含量為0.5-10％。

本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包括正極、負(fù)極及電解液，所述電解液包括鋰鹽、非水有機溶劑、成膜添加劑及其它功能添加劑。所述鋰鹽包括liclo4、lipf6、liasf6、libf4、li(cf3so3)及l(fā)i(cf3so2)2n中的一種或幾種，優(yōu)選為lipf6。所述非水有機溶劑包括環(huán)狀肽酸酯及/或者線性碳酸酯，優(yōu)選為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁內(nèi)酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的一種或幾種。所述成膜添加劑包括碳酸亞乙烯酯及甲基苯磺酰異氰酸酯(ptsi)，并且ptsi在所述非水有機溶劑中的質(zhì)量百分含量為0.5-1％，碳酸亞乙烯脂在所述非水有機溶劑中的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為2％。所述其它功能添加劑為碳酸亞乙烯酯、1,3-丙磺酸內(nèi)酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亞乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烯磺酸內(nèi)酯、甲烷二磺酸亞甲酯、1,4-丁磺酸內(nèi)酯、聯(lián)苯、氟苯、環(huán)己基苯、叔丁基苯、六甲基二硅胺、七甲基二硅胺、丁二腈、己二腈中的一種或幾種。進(jìn)一步的，所述其它功能添加劑在所述電解液中的質(zhì)量百分含量為0.5-10％。

對比例

室溫下，在充滿氬氣的手套箱中將碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯按照1:1:1的質(zhì)量比混合，然后添加質(zhì)量百分含量為2％的碳酸亞乙烯脂，再加入鋰鹽(lipf6)并溶解至濃度為1.1mol/l，得到的電解液標(biāo)記為電解液0。

實施例1

室溫下，在充滿氬氣的手套箱中將碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯按照1:1:1的質(zhì)量比混合，然后添加質(zhì)量百分含量為2％的碳酸亞乙烯脂和1％的ptsi，再加入lipf6并溶解至濃度為1.1mol/l，得到的電解液標(biāo)記為電解液1。

實施例2

室溫下，在充滿氬氣的手套箱中將碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯按照1:1:1的質(zhì)量比混合，然后添加質(zhì)量百分含量為2％的碳酸亞乙烯脂和0.5％的ptsi，再加入鋰鹽lipf6并溶解至濃度為1.1mol/l，得到的電解液標(biāo)記為電解液2。

分別采用電解液0、電解液1及電解液2與鐵鋰制備的正極及石墨制備的負(fù)極組裝成圓柱狀的鋰離子電池，測量它們以6c進(jìn)行充放電的循環(huán)性能及循環(huán)50周后的阻抗，測量結(jié)果如圖1及下表所示。

測試結(jié)果顯示，采用電解液0、電解液1及電解液2組裝的鋰離子電池在常溫6c循環(huán)300周后的容量保持率分別為90％、93％及96％，所以采用ptsi的電解液組裝的鋰離子電池具有更好的容量保持率。此外，采用ptsi的電解液還能夠有效降低sei膜的界面阻抗，從而改善了鋰離子電池的快充長循環(huán)性能。

所述電解液中不添加ptsi僅以碳酸亞乙烯脂作為成膜添加劑時，碳酸亞乙烯脂在負(fù)極還原，形成的sei膜中的li2co3及roco2li等組分易與電解液中的pf5等酸性雜質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)生成低活性產(chǎn)物lif(反應(yīng)機理如圖2所示)，阻礙了鋰離子的快速遷移，導(dǎo)致極化大且消耗鋰離子。

請參閱圖3，ptsi具有較低的lumo能級，優(yōu)先在負(fù)極表面成膜，其還原形成的sei膜組分主要為li2so3、li2s及roso2li，較li2co3及roco2li成分更為穩(wěn)定，并且不與hf反應(yīng)生成低活性產(chǎn)物lif，從而降低了界面阻抗，有利于鋰離子的擴散和遷移。此外，ptsi中s＝o與n中心電子具有離域效應(yīng)，相當(dāng)于弱路易斯堿，能有效降低pf5等酸性雜質(zhì)的副反應(yīng)，從而減少快充循環(huán)過程中鋰離子的消耗。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施局限于這些說明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。