CN103413971A - 一种锂离子电池电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，添加剂包括添加剂A和添加剂B，其中，添加剂A占电解液的质量百分比为0.01～10%，添加剂B占电解液的质量百分比为0.01～8%，添加剂A的结构式为
Figure DDA0000371087710000011
其中，R1、R2、R3独立为C1至C3的烷基，R4为C1至C5的直链或支链的烷基；添加剂B选自1,3-丙烷磺内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯中的一种或多种。本发明高温85℃下仍具有良好的循环性，在高温下贮存，电池仍具有良好的容量保持率，完全满足锂离子电池在一些新领域的应用要求；并且本发明的可操作性强，成本低。

Description

一种锂离子电池电解液
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池电解液。
背景技术
自十九世纪90年代初期提出锂离子电池的概念和实现其商业化应用以来，锂离子电池迅速发展，锂离子电池出现的初期，主要是应用到手机、MP3、笔记本电脑、电动工具，航模等小型用电器上，近年又随后逐步应用到电动自行车、电动汽车、电动大巴、贮能电池等领域。
随着锂离子电池应用领域的扩展，对锂离子电池在高温性能方面的要求也越来越高，在电解液方面，传统的电解液难以及满足相应的要求，需要在电解液方面有一些革新，需要有新的溶剂、添加剂出现，克服传统溶剂、添加剂的弱点。现有技术中，通常采用1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、嘧啶结构化合物的添加剂，但是采用上述添加剂虽然能在一定程度上改善高温性能和循环性能，但是当达到85℃高温时，还是不能符合要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在高温85℃下仍具有良好的循环性的锂离子电池电解液。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种锂离子电池电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述的添加剂包括添加剂A和添加剂B，其中，所述的添加剂A占所述的电解液的质量百分比为0.01～10%，所述的添加剂B占所述的电解液的质量百分比为0.01～8%，
所述的添加剂A的结构式为
Figure BDA0000371087700000021
其中，R1、R2、R3独立为C1至C3的烷基，R4为C1至C5的直链或支链的烷基；
所述的添加剂B选自1,3-丙烷磺内酯（PS，1,3-Propanesultone）、丙烯基-1,3-磺酸内酯（PRS，1,3—propenesultone）、甲烷二磺酸亚甲酯（MMDS，methylene methanedisulfonate）中的一种或多种。
其中，当R4有1个C时，为CH2；当R4有4个C时，可以为
Figure BDA0000371087700000022
或者为
Figure BDA0000371087700000023
优选地，所述的添加剂A占所述的电解液的质量百分比为0.5～3%，所述的添加剂B占所述的电解液的质量百分比为0.5～3%。
优选地，所述的添加剂A选自
Figure BDA0000371087700000024
Figure BDA0000371087700000025
中的任意一种。
优选地，每1L所述的溶剂中溶解1.0～1.5mol的所述的锂盐。
优选地，所述的锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、LiN(SO2C2F5)2、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiF2BC2O4、LiN(SO2F)2中的一种或多种。
优选地，所述的溶剂为环状酯和链状酯的混合物。
进一步优选地，所述的环状酯与所述的链状酯的体积比为1:1.5～4。
进一步优选地，所述的环状酯选自环状碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、γ-丁内酯（GBL）中的一种或多种。
进一步优选地，所述的链状酯选自碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲丙酯（MPC）、丙酸甲酯（MP）、丙酸乙酯（EP）、丙酸丙酯（PP）、乙酸甲酯（MA）、乙酸乙酯（EA）、乙酸丙酯（PA）、丁酸甲酯（MB）、丁酸乙酯（EB）、丁酸丙酯（PB）中的一种或多种。
本发明所得到电解液，可以应用于锂一次电池或锂二次电池中。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过在电解液中加入两种添加剂，使用该种电解液的电池在不影响正常性能的基础上，大大提高锂离子电池的高温性能，即使在高温85℃下仍具有良好的循环性，在高温下贮存，电池仍具有良好的容量保持率，完全满足锂离子电池在一些新领域的应用要求；并且本发明的可操作性强，成本低。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作详细说明：
实施例1：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加1wt%的(3-异氰基丙基)三甲氧基硅烷和2wt%的PS。
将该电解液注入1200mAh的钴酸锂/天然石墨的聚合物电池中，以0.1C充放电对电池进行化成，再1C充放电10周，将电池在85℃下贮存48小时，测试其厚度、容量保持率、容量恢复率。其结果如表1所示。
实施例2：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加2wt%的(3-异氰基丙基)三甲氧基硅烷和2wt%的PS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
实施例3：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加3wt%的(3-异氰基丙基)三甲氧基硅烷和2wt%的PS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
实施例4：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加1wt%的(3-异氰基丙基)三乙氧基硅烷和2wt%的PRS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
实施例5：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加2wt%的(3-异氰基丙基)三乙氧基硅烷和2wt%的PRS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
实施例6：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加3wt%的(3-异氰基丙基)三乙氧基硅烷和3wt%的PRS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
实施例7：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加1wt%的(3-异氰基丙基)三丙氧基硅烷和2wt%的PRS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
实施例8：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加2wt%的(3-异氰基丙基)三丙氧基硅烷和2wt%的PRS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
实施例9：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm），以EC：EMC:DEC=30/30/40体积比混合均匀，然后溶解1.2mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）于其中，然后向该电解液中添加3wt%的(3-异氰基丙基)三丙氧基硅烷和3wt%的PRS。
对上述电解液，在与实施例1相同的条件下进行充放电，之后在与实施例1相同的条件下进行高温贮存实验，其结果如表1所示。
对比例1
除了在对比例1中使用2wt%的A而不使用添加剂B以外，其余与实施例1同样制作对比例1的非水电解质电池，其结果如表1所示。
对比例2
除了在对比例2中使用2wt%的B而不使用添加剂A以外，其余与实施例1同样制作对比例2的非水电解质电池，其结果如表1所示。
对比例3
除了在对比例3中不使用添加剂A和添加剂B以外，其余与实施例1同样制作对比例3的非水电解质电池，其结果如表1所示。
对比例4
除了在对比例4中使用添加剂3wt%的1,3-丙磺酸内酯、5wt%的氟代碳酸乙烯酯、1wt%的2-氰基嘧啶以外，其余与实施例1同样制作对比例4的非水电解质电池，其结果如表1所示。
表1
Figure BDA0000371087700000071
Figure BDA0000371087700000081
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，其特征在于：所述的添加剂包括添加剂A和添加剂B，其中，所述的添加剂A占所述的电解液的质量百分比为0.01～10%，所述的添加剂B占所述的电解液的质量百分比为0.01～8%，
所述的添加剂A的结构式为
Figure FDA0000371087690000011
其中，R1、R2、R3独立为C1至C3的烷基，R4为C1至C5的直链或支链的烷基；
所述的添加剂B选自1,3-丙烷磺内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的添加剂A占所述的电解液的质量百分比为0.5～3%，所述的添加剂B占所述的电解液的质量百分比为0.5～3%。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的添加剂A选自
Figure FDA0000371087690000012
中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：每1L所述的溶剂中溶解1.0～1.5mol的所述的锂盐。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、LiN(SO2C2F5)2、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiF2BC2O4、LiN(SO2F)2中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的溶剂为环状酯和链状酯的混合物。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述环状酯与链状酯的体积比为1:1.5～4。
8.根据权利要求6所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的环状酯选自环状碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的链状酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯中的一种或多种。
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