CN103035947A

CN103035947A - 一种新型的锂离子电池电解液及其制备方法

Info

Publication number: CN103035947A
Application number: CN2013100084360A
Authority: CN
Inventors: 仰永军
Original assignee: Dongguan City Kai Xin Battery Material Co Ltd
Current assignee: Dongguan City Kai Xin Battery Material Co Ltd
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明公开一种新型的锂离子电池电解液及其制备方法，在锂离子电池负极极片高压实的情况下，该电解液按重量百分比的原料组成为：有机溶剂为75％～85％，锂盐为10％～15％，添加剂为5％～10％，所述的添加剂包括有一有机化合物，能在电池中形成良好的SEI膜，其中，该有机化合物的加入量为总重量的0.1％～3％。该制备方法包括以下步骤：a、提供充有氩气且H₂O的浓度小于10ppm的手套箱；b、按重量称取有机溶剂、锂盐及添加剂；c、在手套箱中依次加入机溶剂、锂盐及添加剂，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。本发明加入有机化合物后，可增加电解液对高压实负极材料的浸润效果；另外，本发明能够形成良好的SEI膜，提高电解液的稳定性。

Description

一种新型的锂离子电池电解液及其制备方法

技术领域：

本发明涉及电池电解液技术领域，特指一种在锂离子电池负极极片高压实的情况下，可增加电解液对高压实负极材料的浸润效果，且能够形成良好的SEI膜，提高电解液的稳定性的新型的锂离子电池电解液及其制备方法。

背景技术：

锂离子电池技术的飞速发展，促使正极、负极、电解液、隔膜材料呈现出多样性。例如，日本锂电池将钛酸锂做为负极而应用于电池中，韩国锂电池将高容量的硅合金掺杂于负极材料中，从而提高锂离子电池的能量密度。目前在中国商业化的正负极材料中，被锂电池厂家广泛使用的负极材料，依然是以人造或天然石墨类材料为主的高容量、高压实负极体系。而这些材料的出现，促进电解液技术需要改进，提供更好的材料组合体系，保证电池各项性能的发挥。

研究者对于电池性能能够很好发挥，有非常重要的共识，即必须在电池负极表面形成良好的SEI膜。只有这样才能保证电池的循环性能、高温/低温性能，以及过充电等性能。被大家熟知的成膜添加剂有VC、FEC、VEC、PS等，它们能够在不同的还原电位条件下发生还原反应，从而形成SEI膜。而由于他们的官能团不一样，导致他们形成的SEI膜在组成成分上也会有所不同，从而对电池的各项性能做出不同的贡献。例如，PS能成良好的SEI模，具有耐高温的性能，VEC形成的SEI膜厚度比较厚，从而使电池内阻较高。

在高压实石墨类负极体系中(压实密度大于1.63)，上述的成膜添加剂性能发挥，会因为电解液同石墨材料的接触角或者浸润性能降低，而受到影响。一方面通过降低电解液的黏度从而改善浸润效果，例如使用高含量的DMC溶剂，另外一方面使用可以改善接触角的浸润性添加剂，例如可以作为表面活性剂的磷酸酯类。但是DMC的加入可能会对个别电池体系的性能产生影响，例如在软包电池中或多或少影响到电池高温性能。而浸润性添加剂的加入，影响电池循环性能或者会增加电解液的成本。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的锂离子电池电解液及其制备方法，尤其是在锂离子电池负极极片高压实的情况下，该锂离子电池电解液在原有添加剂的基础上加入一种有机化合物，一方面可以增加电解液对高压实负极材料的浸润效果，改善对锂离子电池隔膜的浸润效果；更为重要的是在高压实负极体系条件下，加入的有机化合物能够与碳酸亚乙烯酯（VC）等添加剂形成良好的SEI膜，从而保证高压实负极体系条件下电池性能的发挥，提高电解液的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：在锂离子电池负极极片高压实的情况下，该新型的锂离子电池电解液按重量百分比的原料组成为：有机溶剂为75％～85％，锂盐为10％～15％，添加剂为5％～10％，所述的添加剂包括有一有机化合物，能在电池中形成良好的SEI膜，其中，该有机化合物的结构简式表示为:

上述的有机化合物的加入量为总重量的0.1％～3％。

进一步而言，上述技术方案中，所述有机化合物的结构简式中的R1、R2、R3三个取代基团不能同时为氢原子，R1、R2、R3可以氟原子、苯环、碳原子数为4以内的烷烃或是全氟带的烷烃基团。

进一步而言，上述技术方案中，所述的有机化合物为间氟甲基均三嗪或三氟乙基均三嗪、二全氟乙烷均三嗪中的任意一种。

进一步而言，上述技术方案中，所述的有机化合物为间氟甲基均三嗪，其占总重量的1％。

进一步而言，上述技术方案中，所述的有机化合物为三氟乙基均三嗪，其占总重量的1％。

进一步而言，上述技术方案中，所述的有机化合物为二全氟乙烷均三嗪，其占总重量的3％。

为了制备上述锂离子电池电解液，本发明提供一种简单、科学的锂离子电池电解液的制备方法，其包括以下步骤：a、提供充有氩气的手套箱，其中，该手套箱中H₂O的浓度小于10ppm；b、按重量称取有机溶剂、锂盐及添加剂，其中，有机溶剂为由乙烯碳酸酯（EC）、二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯（EMC）组成的混合物，其中，其之间的重量百分比为1：1：1，占电解液总重量的75％～85％；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)，占电解液总重量的10％～15％，添加剂占电解液总重量的5％～10％；c、在充有氩气的手套箱中依次加入机溶剂、锂盐及添加剂，然后充分搅拌均匀，得到本发明的锂离子电池电解液。

进一步而言，上述技术方案中，所述的添加剂包括有一有机化合物，该有机化合物占电解液总重量的0.1％～3％，能在电池中形成良好的SEI膜。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

1、本发明中锂离子电池电解液加入一种有机化合物，该有机化合物为间氟甲基均三嗪或三氟乙基均三嗪、二全氟乙烷均三嗪中的任意一种，且该有机化合物加入量为锂离子电池电解液总重量的0.1％～3％。这样一方面可以增加电解液对高压实负极材料的浸润效果，更为重要的是在高压实负极体系条件下，该有机化合物能够与碳酸亚乙烯酯（VC）等添加剂形成良好的SEI膜，从而保证高压实负极体系条件下电池性能的发挥，提高电解液的稳定性。

2、使用本发明中的锂离子电池电解液，可以明显提高电池的放电容量和平台效率，同时降低电池自身的内阻。此外，使用此锂离子电池电解液能够使得电池低温放电性能得到明显的提高，同时也能兼顾电池的高温放电性能的提高。

3、本发明中锂离子电池电解液的制备方法简单、科学。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

实施例一：

一种锂离子电池电解液，在锂离子电池负极极片高压实的情况下，该锂离子电池电解液按重量百分比的原料组成为：有机溶剂为75％～85％，锂盐为10％～15％，添加剂为5％～10％，所述的添加剂包括有一有机化合物，能在电池中形成良好的SEI膜，其中，该有机化合物的结构简式表示为:

该有机化合物的加入量为总重量的0.1％～3％。其中，R1、R2、R3三个取代基团不能同时为氢原子，R1、R2、R3可以氟原子、苯环、碳原子数为4以内的烷烃或是全氟带的烷烃基团。

本实施例中，所述的有机化合物为间氟甲基均三嗪，其占总重量的1％。

所述的有机溶剂包括：乙烯碳酸酯（EC）、丙烯碳酸酯(PC)、二甲基碳酸酯（DMC）、二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯（EMC）、乙酸乙酯（EA）的任意一种或两种以上混合物，本实施例中有机溶剂优选为由乙烯碳酸酯（EC）、二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯（EMC）组成的混合物，其中，其之间的重量百分比为1：1：1。

所述的锂盐是六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂中的任意一种，其中尤以六氟磷酸锂的性能最为优异，也是商业化锂离子电池常使用的锂盐，因此，本实施中锂盐优选为六氟磷酸锂。

为了制备上述锂离子电池电解液，本发明提供一种简单、科学的锂离子电池电解液的制备方法，其包括以下步骤：

a、提供充有氩气的手套箱，其中，该手套箱中H₂O的浓度小于10ppm；

b、按重量称取有机溶剂、锂盐及添加剂，其中，有机溶剂为由乙烯碳酸酯（EC）、二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯（EMC）组成的混合物，其中，其之间的重量百分比为1：1：1，占电解液总重量的77.5％；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)，占电解液总重量的12.5％；添加剂包括碳酸亚乙烯酯（VC），丙烷磺酸内酯（PS）及间氟甲基均三嗪，其分别占总重量的4％、5%及1％；

c、在充有氩气的手套箱中依次加入机溶剂、锂盐及添加剂，然后充分搅拌均匀，得到本发明的锂离子电池电解液。

所述的间氟甲基均三嗪能够与碳酸亚乙烯酯（VC）等添加剂形成良好的SEI膜，从而保证高压实负极体系条件下电池性能的发挥，提高电解液的性能。

实施例二：

本实施例二与上述实施例一的不同之处在于：所述的有机化合物为三氟乙基均三嗪，其占总重量的1％。

所述的有机溶剂为由乙烯碳酸酯（EC）、二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯（EMC）组成的混合物，其中，其之间的重量百分比为1：1：1，占电解液总重量的82.5％；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)，占电解液总重量的12.5％；添加剂包括碳酸亚乙烯酯（VC）及三氟乙基均三嗪，其分别占总重量的4％及1％。

本实施例二中锂离子电池电解液的制备方法与上述实施例一的制备方法一样，在此不再一一赘述。

所述的三氟乙基均三嗪能够与碳酸亚乙烯酯（VC）等添加剂形成良好的SEI膜，从而保证高压实负极体系条件下电池性能的发挥，提高电解液的性能。

实施例三：

本实施例三与上述实施例一的不同之处在于：所述的有机化合物为二全氟乙烷均三嗪，其占总重量的3％。

有机溶剂为由乙烯碳酸酯（EC）、二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯（EMC）组成的混合物，其中，其之间的重量百分比为1：1：1，占电解液总重量的81.5％；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)，占电解液总重量的12.5％；添加剂包括碳酸亚乙烯酯（VC）、二全氟乙烷均三嗪及丙烷磺酸内酯（PS），其分别占总重量的2％、3%及1％。

本实施例三中锂离子电池电解液的制备方法与上述实施例一的制备方法一样，在此不再一一赘述。

所述的二全氟乙烷均三嗪能够与碳酸亚乙烯酯（VC）等添加剂形成良好的SEI膜，从而保证高压实负极体系条件下电池性能的发挥，提高电解液的性能。

当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims

1.一种新型的锂离子电池电解液，其特征在于：在锂离子电池负极极片高压实的情况下，该电解液按重量百分比的原料组成为：有机溶剂为75％～85％，锂盐为10％～15％，添加剂为5％～10％，所述的添加剂包括有一有机化合物，能在电池中形成良好的SEI膜，其中，该有机化合物的结构简式表示为:

上述的有机化合物的加入量为总重量的0.1％～3％。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机化合物的结构简式中的R1、R2、R3三个取代基团不能同时为氢原子，R1、R2、R3可以是氟原子、苯环、碳原子数为4以内的烷烃或是全氟带的烷烃基团。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的有机化合物为间氟甲基均三嗪或三氟乙基均三嗪、二全氟乙烷均三嗪中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的有机化合物为间氟甲基均三嗪，其占总重量的1％。

5.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的有机化合物为三氟乙基均三嗪，其占总重量的1％。

6.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的有机化合物为二全氟乙烷均三嗪，其占总重量的3％。

7.一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

b、按重量称取有机溶剂、锂盐及添加剂，其中，有机溶剂为由乙烯碳酸酯（EC）、二乙基碳酸酯（DEC）、甲基乙基碳酸酯（EMC）组成的混合物，其中，其之间的重量百分比为1：1：1，占电解液总重量的75％～85％；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)，占电解液总重量的10％～15％，添加剂占电解液总重量的5％～10％；

8.根据权利要求7所述的锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述的添加剂包括有一有机化合物，该有机化合物占电解液总重量的0.1％～3％，能在电池中形成良好的SEI膜。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述的有机化合物为间氟甲基均三嗪或三氟乙基均三嗪、二全氟乙烷均三嗪中的任意一种。