一種提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明為一種提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液，其特征在于，所述功能電解液按質量百分比由下列組分組成：有機溶劑80%-90%和功能添加劑0.1%-2%，其余為鋰鹽，以功能電解液總質量為100%計；其中，所述鋰鹽為LiPF6，LiBF4和LiTFSI中的一種或是多種，所述有機溶劑為環狀酯化合物或鏈狀酯化合物，所述功能添加劑的結構通式為R-C6H3-(OCH3)2，其中，R為H、鹵素或-NO2，兩個-OCH3位于苯環上的鄰位或對位。本發明的功能電解液適用于錳酸鋰、三元材料、鎳錳酸鋰及鈦酸鋰的鋰離子電池，不僅能夠提高鋰離子電池的充放電效率，還可以有效增加鋰離子電池的容量及循環壽命。
【專利說明】—種提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液及其應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰離子電池【技術領域】，涉及一種提高以錳酸鋰、三元材料及鎳錳材料作為正極的鋰離子電池充放電效率的功能電解液及其應用。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池因其具有能量密度大、工作電壓高、重量輕及無環境污染的特點，廣泛用于手機、筆記本電腦等便攜式電子產品設備。因此，其綜合性能要求較高。在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子的不可逆還原，會降低電池的充放電效率，從而影響電池的使用壽命。此外，在充電過程中，電極表面的活性點處局部電壓過高，會引起電解液分解，從而嚴重影響電池的循環壽命和安全性，甚至導致電池的完全失效。
[0003]鋰離子電池電極和電解液的界面性能差是引起循環過程中容量衰減的主要原因之一。目前常用的電解液存在一定的缺陷。尤其是電池充放電過程中，電極活性物質和電解液接觸的界面活性點處，會有少量電解液發生分解。電解液的分解反應會消耗一定量的鋰離子，影響電池的充放電效率。從而電池在長期循環過程中，發生嚴重的容量衰減，因此不能滿足其在鋰離子電池中的使用。這些問題主要由正極和電解液差的界面性能所致。因此，開發有效的功能性電解液，來改善活性正極與電解液接觸界面的性質是非常有必要的。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的在于針對目前鋰離子電池充放電效率低的問題，提出提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液，用于改善正極與電解液的界面性能，從而提高電池的充放電效率。
[0005]本發明的另一目的在于提供一種含有上述功能電解液在鋰離子電池方面的應用，用以改善正極和電解液的兼容性，提高鋰離子電池容量和容量保持率；
[0006]為實現上述發明目的，本發明采用了以下技術方案:
[0007]一種提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液，其特征在于，
[0008]所述功能電解液按質量百分比由下列組分組成:有機溶劑80%_90%和功能添加劑
0.1%_2%，余量為鋰鹽，以功能電解液總質量為100%計；
[0009]其中，所述鋰鹽為LiPF6, LiBF4和LiTFSI中的一種或多種，所述有機溶劑為環狀酯化合物或鏈狀酯化合物，所述功能添加劑的結構通式為R-C6H3- (OCH3) 2，其中，R為H、鹵素或-NO2,兩個-OCH3位于苯環上的鄰位或對位。
[0010]根據本發明的上述提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液，其特征在于，所述功能添加劑為1，2- 二甲氧基_4_硝基苯、1，4- 二甲氧基_2_硝基苯、1，2- 二甲氧基_4_氟苯、1，4_ 二甲氧基-2-氣苯、1，4- 二甲氧基-2-漠苯、1，2- 二甲氧基-4漠苯、1，4_ 二甲氧基-2氯苯、1，2- 二甲氧基-4-氯苯、1，2- 二甲氧基苯和1，4- 二甲氧基苯其中的一種或多種；所述的有機溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯中的兩種或兩種以上的有機溶劑；所述的鋰鹽為LiPF6、LiTFSI及LiBF4中的一種或多種，并且鋰鹽作為電解質在電解液中的濃度為0.8-1.5mol/L。
[0011]本發明還提供了根據上述功能電解液在鋰離子電池中的應用，優選應用在尖晶石錳酸鋰、三元材料、鎳錳酸鋰及鈦酸鋰材料為正極的鋰離子電池。
[0012]本發明組分功能添加劑的通式中，苯環上對位或者鄰位含有兩個甲氧基的分子，在一定電位下，會發生氧化分解反應，在正極表面形成穩定的固體電解質界面膜(SEI膜)。該添加劑應用在鋰離子電池中，可以優先電解液發生分解，反應產物附著在正極材料表面，可以避免電解液和材料直接接觸，防止在極片活性點處，電解液發生分解反應。從而改善活性正極和電解液接觸界面的性質。
[0013]本發明功能電解液與現有技術相比的有益效果是:本發明的功能電解液通過在鋰離子電池電解液中添加功能添加劑，在電極表面形成一層穩定的界面膜，界面膜抑制了電解液溶劑在電極表面的催化氧化分解，有效的提高了電池的充放電效率和容量保持率，改善了活性正極材料與電解液的兼容性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是采用本發明提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液的實施例1-3和比較例I的充放電效率圖。
[0015]圖2(a)是采用本發明實施例2的功能電解液和比較例I的電解液的鋰離子電池在室溫下的容量循環曲線；2(b)是本發明實施例1的功能電解液和比較例I的電解液的鋰離子電池在55°C下的容量循環曲線。
[0016]圖3是本發明實施例2和比較例I應用到鋰離子電池，化成后電池的交流阻抗圖。【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖及實施例對本發明提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液及其應用情況作進一步描述。
[0018]制備功能電解液
[0019]功能電解液的配制在充滿高純氬氣的手套箱中進行，H2O ( lppm，溫度在25°C。電解液鋰鹽選用LiPF6，溶劑含有碳酸乙烯酯(EC)，碳酸二乙酯(DEC)，以及碳酸亞乙烯酯(VC)添加劑，提高充放電效率的功能添加劑選用1，4-二甲氧基-2-氟苯(實施例1)、1，2- 二甲氧基-4-硝基苯(實施例2)、1，4- 二甲氧基苯(實施例3)、結構式如下:
[0020]
【權利要求】
1.一種提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液，其特征在于， 所述功能電解液按質量百分比由下列組分組成:有機溶劑80%-90%和功能添加劑0.1%_2%，余量為鋰鹽，以功能電解液總質量為100%計； 其中，所述鋰鹽為LiPF6, LiBF4和LiTFSI中的一種或多種，所述有機溶劑為環狀酯化合物或鏈狀酯化合物，所述功能添加劑的結構通式為R-C6H3-(OCH3)2，其中，R為H、鹵素或-NO2,兩個-OCH3位于苯環上的鄰位或對位。
2.根據權利要求1所述的一種提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液，其特征在于，所述功能添加劑為1，2- 二甲氧基-4-硝基苯、1，4- 二甲氧基-2-硝基苯、4-氟-1，2- 二甲氧基苯、2_氣-1, 4- 二甲氧基苯、2_漠-1, 4- 二甲氧基苯、4_漠-1, 2- 二甲氧基苯、2-氯-1，4- 二甲氧基苯、4-氯-1，2- 二甲氧基苯、1，2- 二甲氧基苯和1，4- 二甲氧基苯其中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的一種提高鋰離子電池充放電效率的功能電解液，其特征在于，所述有機溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯中的兩種或兩種以上的有機溶劑。
4.如權利要求1?3任一項所述的功能電解液在鋰離子電池中的應用。
5.根據權利要求4所述的應用，其特征在于，所述的鋰離子電池為尖晶石錳酸鋰、三元材料、鎳錳酸鋰及鈦酸鋰材料為正極的鋰離子電池。
【文檔編號】H01M10/0567GK103456982SQ201310428689
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】任春燕, 葉學海, 張春麗, 劉紅光, 郭西鳳, 張曉波, 于曉微 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油天津化工研究設計院, 中海油能源發展股份有限公司