CN101667662A - 一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液 - Google Patents

一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液 Download PDF

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杨张平
董晶
胡博
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Abstract

一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，含有有机溶剂和锂盐电解质，所述电解液还含有氟元素化合物的表面活性剂，该表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂，其化学结构式为：Rf CH2CH2O(CH2CH2O)mRc，其中，Rf为F(CF2CF2)n的氟碳链烃；m值的范围是：0≤m≤100；氟碳链烃中n值的范围是：0≤n≤50；Rc可以是：H、Li、Na、K、Ru等元素之一，也可以是甲基、乙基、苯基等烷烃基或芳香基，还可以是类似Rf的氟碳链烃结构。该表面活性剂可以降低液态锂离子二次电池电解液的表面张力，优化电解液与正负极材料以及隔膜的浸润性能，优化整体电池的电化学性能，整体电池的容量发挥提升1～3％左右，整体电池1C倍率500次循环，容量保持率由现有技术的80％提升到90％。

Description

一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液
技术领域
本发明涉及高能电池技术领域，特别是关于一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液。
背景技术
随着新型锂离子二次电池材料(如新型正极，新型负极，新型隔膜)的应用，对锂离子二次电池电解液的浸润性能提出了更高的要求；
现有电解液体系与新型锂离子电池材料具有较差的浸润特性；因而导致整体电池保液性较差，出现整体电池容量发挥偏差，整体电池一致性差，1C以上倍率循环性能较差；
新型高比容量锂离子二次电池的发展，进一步促进了具有较好浸润性的锂离子二次电池电解液的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，该表面活性剂为含有氟元素化合物的表面活性剂，该表面活性剂降低液态锂离子二次电池电解液的表面张力，优化电池电解液与该电池中石墨负极，锂盐化合物正极以及新型复合隔膜材料之间的浸润性能，进而优化整体电池的电化学性能。
本发明提供了一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，含有有机溶剂和锂盐电解质，所述电解液还含有氟元素化合物的表面活性剂。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂，其化学结构式为：RfCH2CH2O(CH2CH2O)mRc，其中，Rf为F(CF2CF2)n的氟碳链烃；
m值的范围是：0≤m≤100；
氟碳链烃中n值的范围是：0≤n≤50；
Rc可以是：H、Li、Na、K、Ru等元素之一，也可以是甲基、乙基、
苯基等烷烃基或芳香基，还可以是类似Rf的氟碳链烃结构。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的Rc选用Li，组成的含有氟元素化合物的表面活性剂的化学结构式表示为：Rf CH2CH2O(CH2CH2O)m Li。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂的含量范围在0.0001％～10％(质量％)之间。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.001％(质量％)。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.01％(质量％)。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.05％(质量％)。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.1％(质量％)。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.2％(质量％)。
所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.5％(质量％)。
本发明通过在电解液中加入含有氟元素化合物的表面活性剂，可以降低液态锂离子二次电池电解液的表面张力，优化电解液与正负极材料以及隔膜的浸润性能，能够优化整体电池的电化学性能，整体电池的容量发挥提升1～3％左右，整体电池1C倍率500次循环，容量保持率由现有技术的80％提升到90％。
具体实施方式
下面，详细说明本发明的实施形态。本发明不限于实施形态。
本发明的电解液电解质体系为LiPF6；溶剂体系可以匹配EC(碳酸乙烯酯)，PC(碳酸丙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，EMC(碳酸甲乙酯)，DEC(碳酸二乙酯)等其中一种或多种。本发明在电解液的体系中，添加了含有氟元素化合物的表面活性剂，解决电解液体系与新型锂离子电池材料浸润特性较差的缺点，提高整体电池保液性，优化整体电池容量发挥，提高整体电池一致性，进而提高整体电池1C以上倍率循环性能。
本发明电解液体系中，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂的含量范围在0.0001％～10％(质量％)之间。
本发明电解液体系中添加的含有氟元素化合物的表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂，其化学结构式为：
RfCH2CH2O(CH2CH2O)mRc
其中，Rf为F(CF2CF2)n的氟碳链烃
m值的范围是：0≤m≤100；
氟碳链烃中n值的范围是：0≤n≤50；
Rc可以是：H、Li、Na、K、Ru等元素之一；也可以是甲基、乙基、苯基等烷烃基或芳香基；还可以是类似Rf的氟碳链烃结构。
本实施例中Rc选用Li，组成的含有氟元素化合物的表面活性剂的化学结构式表示为：RfCH2CH2O(CH2CH2O)mLi。
本发明在电解液中加入含有氟元素化合物的表面活性剂组成新型电解液，解决了锂离子二次电池电解液与新型锂离子电池材料具有较差的浸润性的缺点，新型电解液具有较低的表面张力，其与石墨负极，锂盐化合物正极以及新型复合隔膜材料之间具有良好的浸润性，使得整体电池具有良好的电化学性能，整体电池1C倍率条件下容量发挥充分，倍率性能好，1C倍率进行充放电循环，循环性能得到提高。
现对多组相同电解液体系进行实验对比，在这多组相同电解液体系中加入不同含量的本实施例的含有氟元素化合物的表面活性剂，进一步说明本发明的优点。
实验条件：电池型号为铝壳电池053450，标称容量为800mA·h，正极为钴酸锂，负极为天然石墨类，隔膜为Cellgard公司所提供。
具体配比如下：
样品1：普通电解液LE-16，溶剂为EC/EMC/DMC＝1/1/1(质量比)；
锂盐为LiPF6，浓度为1M；添加剂为VC，含量2％。
样品2：普通电解液LE-16，溶剂为EC/EMC/DMC＝1/1/1(质量比)；
锂盐为LiPF6，浓度为1M；添加剂为VC，含量2％；
表面活性剂添加量为0.001％。
样品3：普通电解液LE-16，溶剂为EC/EMC/DMC＝1/1/1(质量比)；
锂盐为LiPF6，浓度为1M；添加剂为VC，含量2％；
表面活性剂添加量为0.01％。
样品4：普通电解液LE-16，溶剂为EC/EMC/DMC＝1/1/1(质量比)；
锂盐为LiPF6，浓度为1M；添加剂为VC，含量2％；
表面活性剂添加量为0.05％。
样品5：普通电解液LE-16，溶剂为EC/EMC/DMC＝1/1/1(质量比)；
锂盐为LiPF6，浓度为1M；添加剂为VC，含量2％；
表面活性剂添加量为0.1％。
样品6：普通电解液LE-16，溶剂为EC/EMC/DMC＝1/1/1(质量比)；
锂盐为LiPF6，浓度为1M；添加剂为VC，含量2％；
表面活性剂添加量为0.2％。
样品7：普通电解液LE-16，溶剂为EC/EMC/DMC＝1/1/1(质量比)；
锂盐为LiPF6，浓度为1M；添加剂为VC，含量2％；
表面活性剂添加量为0.5％。
上述样品的电解液的表面张力、整体电池1C倍率放电发挥容量、1C倍率放电条件下3.6V以上平台容量、整体电池1C倍率500次循环后保持容量如表1所示：
表1
  样品型号   电解液表面张力   首次1C倍率放电容量   1C倍率3.6V以上平台容量  500次循环后保持容量
  样品1   32.8mN/m   801mA·h   672mA·h   560mA·h
  样品2   29.6mN/m   808mA·h   689mA·h   686mA·h
  样品3   26.8mN/m   812mA·h   694mA·h   698mA·h
  样品4   24.2mN/m   818mA·h   704mA·h   736mA·h
  样品5   23.4mN/m   820mA·h   713mA·h   746mA·h
  样品6   22.6mN/m   815mA·h   700mA·h   692mA·h
  样品7   22.4mN/m   812mA·h   690mA·h   650mA·h
从表1中可以看出，本发明提供的含有氟元素化合物的表面活性剂的电解液，对比现有技术中未加该表面活性剂的电解液优点：
1.本发明电解液表面张力降低，使得电解液与石墨负极，锂盐化合物正极以及隔膜材料之间具有良好的浸润性；
2.本发明电解液首次1C倍率放电容量比未加活性剂的明显提高，本发明的电解液1C倍率3.6V以上平台容量明显提高，整体电池的容量发挥提升1～3％左右。
3.本发明电解液，整体电池1C倍率500次循环，容量保持率明显提高，由未加表面活性剂的容量保持率80％提升为本发明的90％。

Claims (10)

1、一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，含有有机溶剂和锂盐电解质，其特征在于所述电解液还含有氟元素化合物的表面活性剂。
2、如权利要求1所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂，其化学结构式为：RfCH2CH2O(CH2CH2O)mRc，其中，Rf为F(CF2CF2)n的氟碳链烃；
m值的范围是：0≤m≤100；
氟碳链烃中n值的范围是：0≤n≤50；
Rc可以是：H、Li、Na、K、Ru等元素之一，也可以是甲基、乙基、苯基等烷烃基或芳香基，还可以是类似Rf的氟碳链烃结构。
3、如权利要求2所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的Rc选用Li，组成的含有氟元素化合物的表面活性剂的化学结构式表示为：RfCH2CH2O(CH2CH2O)m Li。
4、如权利要求3所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂的含量范围在0.0001％～10％(质量％)之间。
5、如权利要求4所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.001％(质量％)。
6、如权利要求4所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.01％(质量％)。
7、如权利要求4所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.05％(质量％)。
8、如权利要求4所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.1％(质量％)。
9、如权利要求4所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.2％(质量％)。
10、如权利要求4所述的含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，其特征在于，所述的含有氟元素化合物的表面活性剂添加量为0.5％(质量％)。
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