專利名稱：磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種動(dòng)力鋰離子電池電解液技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及到 一種可用于磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池中、具有良好的抗過充安全性和長循環(huán)壽命的電解 液。
背景技術(shù)：
近年來，為應(yīng)對汽車工業(yè)迅猛發(fā)展帶來的石油資源緊張、大氣環(huán)境污染加劇等嚴(yán) 重問題，各國都在積極開展采用清潔能源的電動(dòng)汽車EV以及混合動(dòng)力電動(dòng)車HEV的研究， 并將其作為今后21世紀(jì)汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向。鋰離子電池以其高容景、高能量密度、高電壓、高循環(huán)穩(wěn)定性、環(huán)境友好等性能受 到國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注，被稱為21世紀(jì)的綠色能源，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。由于以 上優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池成為未來電動(dòng)汽車最主要的候選動(dòng)力電源，成為電動(dòng)汽車研究的重點(diǎn)。目前鋰離子動(dòng)力電池的成本、安全性是制約其應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)的最大瓶頸；進(jìn)一 步降低鋰離子電池的成本，提高在過充等濫用情況下的安全性，是首要解決的問題。因此， 研究開發(fā)適用于電動(dòng)車用的低成本、安全性更好的動(dòng)力電池正負(fù)極材料和與之相匹配的電 解液首當(dāng)其時(shí)，將具有極大的市場前景和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰是一種應(yīng)用前景十分廣闊的鋰離子二次電池正極材 料。LiFePO4W理論比容量為170mAh/g，相對于鋰金屬，負(fù)極的穩(wěn)定放電平臺為3. 4 3. 5V。 并且磷酸鐵鋰具有原料資源豐富、價(jià)格便宜、無毒、環(huán)境友好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。然而目前市 場上的磷酸鐵鋰電池還存在一些不足，如高溫下的容量衰減和循環(huán)壽命較差；低溫下放電 容量較低；電池在過充條件下，電解液會(huì)氧化分解等。所以需要通過改善電解液體系，來提 高電解液與正、負(fù)極材料的兼容性、匹配性以及電池的安全性。關(guān)于鋰離子電池在過充條件下的安全性問題，可以通過在電解液中加入抗過充添 加劑來解決；此類添加劑有兩大類氧化還原飛梭型和電聚合型添加劑。電聚合型添加劑 的原理是當(dāng)鋰離子電池電壓超過一定值時(shí)，單體發(fā)生聚合，生成高阻抗的膜，增大電池內(nèi) 阻，將充電過程強(qiáng)制結(jié)束。此類添加劑的加入可使電池具有較強(qiáng)的抗過充能力，然而其缺點(diǎn) 十分明顯；一旦發(fā)生過充，內(nèi)部發(fā)生聚合反應(yīng)，電池的壽命即終止。目前動(dòng)力電池成本較高， 采用此類添加劑不符合當(dāng)前降低成本的要求，需開發(fā)新型、更經(jīng)濟(jì)的添加劑。氧化還原對添加劑實(shí)現(xiàn)過充保護(hù)的原理是當(dāng)電池正常充電時(shí)，該氧化還原對不 參加任何化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)；當(dāng)充電電壓超過電池的正常充電截止電壓時(shí)，添加劑開始在 正極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物擴(kuò)散到負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)。在電池充電滿后，氧化還原對就 在正極和負(fù)極之間穿梭，吸收多余的電荷，形成內(nèi)部防過充電機(jī)制，顯著改善電池的安全性 能和循環(huán)性能。與電聚合型添加劑相比，氧化還原對添加劑的優(yōu)點(diǎn)在于，可提供多次抗過充 保護(hù)，而且對電池隨后的正常充放電過程沒有負(fù)面影響。在較高溫度(55°C )下，電解質(zhì)LiPF6由于熱穩(wěn)定性差，極易發(fā)生分解，生成的HF 和PF5 ；產(chǎn)物HF會(huì)與正極材料發(fā)生反應(yīng)，造成Fe2+的溶出，導(dǎo)致正極容量損失；而PF5不僅會(huì)與溶劑反應(yīng)，還會(huì)破壞負(fù)極SEI膜(負(fù)極表面形成的一層固體電解質(zhì)膜)的穩(wěn)定性，惡化電 池性能。通過加入鋰鹽穩(wěn)定添加劑和降酸降水添加劑，可以有效改善電池高溫性能；另一方 法是加入功能性添加劑，在LiFePO4材料表面形成鈍化膜，抑制副反應(yīng)的發(fā)生。配合負(fù)極成 膜添加劑的使用，可以顯著改善電池的循環(huán)壽命。對于電池低溫性能的改善，可以通過增大低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、高介電常數(shù)的溶劑的含 量，拓寬電解液的低溫下的工作溫度范圍；并可加入導(dǎo)電性添加劑，提高低溫下Li+的傳導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就在于結(jié)合目前的情況，提供了一種用于LiFePO4動(dòng) 力鋰離子電池的電解液，該電解液在電池過充條件下安全性好，同時(shí)具有優(yōu)良的循環(huán)壽命， 高溫55 °C下容量保持率高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案采用鋰鹽的溶質(zhì)和用于溶 解溶質(zhì)的非水有機(jī)溶劑，該電解液中還加入有包含烷基、甲氧基芳香化合物抗過充添加 劑、鋰鹽穩(wěn)定添加劑和成膜添加劑，其中，抗過充添加劑的含量為0. 01 20w. t. % ；穩(wěn)定添 加劑含量為0. 001 10w. t. % ；成膜添加劑用量為0. 5 10w. t. % ；非水有機(jī)溶劑的含量 為50 90w. t. % ；鋰鹽總濃度為0. 7 1. 5M。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述作為抗過充添加劑的芳香族化合物，其分子結(jié) 構(gòu)為A或B
權(quán)利要求
1.磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其包括采用鋰鹽的溶質(zhì)和用于溶解溶質(zhì)的非水 有機(jī)溶劑，該電解液中還加入有包含烷基、甲氧基芳香化合物抗過充添加劑、鋰鹽穩(wěn)定添 加劑和成膜添加劑，其中，抗過充添加劑的含量為0.01 ~ 20w. t. % ； 穩(wěn)定添加劑含量為0. 001 10w. t. % ； 成膜添加劑用量為0. 5 10w. t. % ； 非水有機(jī)溶劑的含量為50 90w. t. % ； 鋰鹽總濃度為0. 7 1. 5M。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其特征在于所述作為抗 過充添加劑的芳香族化合物，其分子結(jié)構(gòu)為A或B
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其特征在于所述芳香族 化合物的分子結(jié)構(gòu)式為C-N中的任意一種
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其特征在 于所述芳香族化合物在電解液中的含量為0. 1 6w. t. %。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其特征在 于所述的鋰鹽穩(wěn)定添加劑為三氟乙基亞磷酸和七甲基硅氮烷，其在電解液中的含量分 別為三氟乙基亞磷酸含量為0. 01 5w. t. % ；七甲基硅氮烷含量為0. 01 5w. t. %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其特征在 于上述電解液所用的成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯、亞乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯 酯、1，3_丙烷磺酸內(nèi)酯中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其特征在 于所述的非水溶劑為環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯的混合物，其中，環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、Y-丁內(nèi)酯 (GBL)中的至少一種，其在電解液中的含量為15 80w. t. % ；鏈狀碳酸酯為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丁酯 (MBC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸甲酯、丁酸甲酯(MB)中的一種或多種，其在電解液中的含量為,20 80w. t. %。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池電解液，其特征在 于所述的鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲烷 磺酰亞胺鋰中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種動(dòng)力鋰離子電池電解液技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及到一種可用于磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池中、具有良好的抗過充安全性和長循環(huán)壽命的電解液。該電解液中還加入有包含烷基、甲氧基芳香化合物抗過充添加劑、鋰鹽穩(wěn)定添加劑和成膜添加劑，其中，抗過充添加劑的含量為0.01～20w.t.％；穩(wěn)定添加劑含量為0.001～10w.t.％；成膜添加劑用量為0.5～10w.t.％；非水有機(jī)溶劑的含量為50～90w.t.％；鋰鹽總濃度為0.7～1.5M。采用上述電解液的磷酸鐵鋰鋰離子電池在過充條件下安全性好，并具有優(yōu)良的循環(huán)壽命，高溫下容量保持率高。
文檔編號H01M10/0567GK102082297SQ20101061559
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者侯濤, 湯敏敏, 陳晴川, 陳柏源 申請人:東莞市杉杉電池材料有限公司