CN104638298A - 一种高电压锂离子电池电解液 - Google Patents

一种高电压锂离子电池电解液 Download PDF

Info

Publication number
CN104638298A
CN104638298A CN201510049746.6A CN201510049746A CN104638298A CN 104638298 A CN104638298 A CN 104638298A CN 201510049746 A CN201510049746 A CN 201510049746A CN 104638298 A CN104638298 A CN 104638298A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ion battery
lithium
carbonate
battery electrolytes
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510049746.6A
Other languages
English (en)
Inventor
吴茂祥
郑香珍
黄韬
王文国
潘荧
方桂煌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Original Assignee
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS filed Critical Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority to CN201510049746.6A priority Critical patent/CN104638298A/zh
Publication of CN104638298A publication Critical patent/CN104638298A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型高电压锂离子电池电解液，所述电解液添加剂为具有两个砜基的化合物。其中，所述电解液添加剂在电解液中的含量范围为0.05～0.2％(质量比)。本发明高电压锂离子电池电解液中，砜基化合物能够有效的改善锂离子电池在高电压环境下的循环性能。

Description

一种高电压锂离子电池电解液
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种新型高电压锂离子电池电解液，能够有效改善锂电池在高压条件下的循环性能。
背景技术
锂离子电池由于具备能量密度大、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长和自放电低等优势而广受青睐。经过多年的发展，小容量锂离子电池已广泛应用于手机，笔记本电脑，数码相机等便携式电子设备上。随着电动车等设备的推广，对高能量密度的锂离子电池的需求也越来越紧迫。由能量公式可知，提高锂离子电池的工作电压能够有效提高其能量密度。目前，锂离子电池使用的电压范围主要为3.0～4.35V，将锂离子电池的工作电压上限提高(如提高至4.35V以上)的同时，电极材料的克容量发挥也会有所提高，从而能够有效提高锂离子电池的能量密度。
电解液对电池的性能具有极其重要的影响。但在高电压下，由于阴极材料反应活性的增加，电解液容易发生氧化反应，从而导致锂离子电池在高电压条件下容量快速衰减。通过使用一些添加剂，可有效抑制电解液在高电压下的氧化分解。因此，为了满足高电压电池的使用要求，确有必要开发出一种新型的锂离子电池电解液，以改善锂离子电池在高电压条件的循环性能。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种锂离子电池电解液，其可有效改善锂离子电池在高电压条件下的循环性能。
本发明的目的通过如下方式实现：
一种锂离子电池电解液，其包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂，其中，所述电解液添加剂为具有两个砜基的化合物。
根据本发明，所述的电解液添加剂为具有式(1)所示结构的双砜基(两个砜基)化合物，
其中，R1、R2相同或不同，独立的选自C1-8烷基或卤素(例如氟)取代的C1-8烷基，n为1，2，3。
根据本发明，所述的电解液添加剂在电解液中的含量为0.05～0.2％(质量比)，优选0.1-0.15％。
根据本发明，所述电解液添加剂为二甲砜基甲烷。
根据本发明，所述无水有机溶剂选自碳酸乙烯酯，碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种，优选的，所述无水有机溶剂为上述溶剂中的任意两种或三种，更优选为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的二者混合物，碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)的二者混合物，或者碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)三者混合物。
根据本发明，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiBOB(二草酸硼酸锂)中的任意一种或多种。
根据本发明，所述的电解液可以应用于最高工作电压在4.35～4.6V的锂离子电池中。
本发明还提供一种制备锂离子电池电解液的方法，包括：将非水有机溶剂、锂盐和具有两个砜基的电解液添加剂进行混合。
根据本发明，所述电解液添加剂如式(1)所示。
本发明还提供了一种上述锂离子电池电解液的用途，其用于锂离子电池。
此外，本发明还提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、隔离膜，以及电解液，其中，所述电解液为本发明所述的锂离子电池电解液。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明提供了一类具有良好性能的高电压锂离子电池电解液，此电解液中含有带有两个砜基的化合物，其可在阴极成膜，从而保护阴极，减小阴极与电解液之间副反应的发生，且阻抗增加不大，从而有效提高锂离子电池高电压性能。其能够将电池循环100周后的电池容量保持率提高15％以上。
附图说明
图1是实施例1和对比例1条件下锂离子电池在常温循环0.2C充电至4.6V，然后恒压至0.02C，再0.2C放电时的循环性能图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例只是为了解释本发明，而非限定本发明。
实施例1
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分<1ppm，氧分<1ppm)中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比1:1:1混合，配成1mol/L的LiPF6电解液，然后加入占电解液质量比为0.1％的二甲砜基甲烷，搅拌均匀后得到实施例1的锂离子电池电解液。
正极片的制备：将正极活性物质镍钴锰三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比95:3:2在N-甲基吡咯烷酮体系中充分搅拌混合均匀，涂覆在正极集流体Al箔上，经烘干冷压后得到正极片。
负极片的制备：将负极活性物质石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按质量比96:2:1.2:0.8在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆在负极集流体Cu箔上，经烘干和冷压后得到负极片。
隔离膜的制备：以PE多孔聚合薄膜作为隔离膜。
锂离子电池的制备：将得到的正极片、负极片置于烘箱中于一定温度将其烘干后移入手套箱中。然后将处理好的正极片、隔离膜、负极片按顺序放好，将其装成CR2025扣式电池，并注入上述配制电解液。
实施例2
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分<1ppm，氧分<1ppm)中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)按质量比1:2混合，配成1mol/L的LiBF4电解液，然后加入占电解液质量比为0.15％的二乙基砜基甲烷，搅拌均匀后得到实施例2的锂离子电池电解液。
实施例2中，正极片的制备、负极片的制备、隔离膜的制备，以及锂离子电池的制备均与实施例1基本相同，不再赘述。
实施例3
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分<1ppm，氧分<1ppm)中，将碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比1:2混合，配成1mol/L的LiBOB电解液，然后加入占电解液质量比为0.2％的二丙基砜基甲烷，搅拌均匀后得到实施例3的锂离子电池电解液。
实施例3中，正极片的制备、负极片的制备、隔离膜的制备，以及锂离子电池的制备均与实施例1基本相同，不再赘述。
对比例1
电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分<1ppm，氧分<1ppm)中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比1:1:1混合，配成1mol/L的LiPF6电解液。
对比例1中，正极片的制备、负极片的制备、隔离膜的制备，以及锂离子电池的制备均与实施例1基本相同，不再赘述。
将上述实施例1和对比例1电池常温静置一天后进行电化学性能测试。
将实施例1和对比例1在3.0～4.6V以0.2C倍率循环100周，其循环性能结果如图1所示。从图中可以看出，二甲砜基甲烷的加入明显提高了锂离子电池在高电压下的循环性能，其将电池容量保持率从61.0％提高到80.1％。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，本发明所属领域技术人员还可以对以上实施方式进行适当变更和修改，例如，溶剂还包括碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等；锂盐浓度可为0.3～1.2M；正极材料可为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2等；因此本发明并不局限于上述所提的具体实施方式，凡依本发明专利申请范围所述的构造的一些修改和变更均应落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂，其中，所述电解液添加剂为具有两个砜基的化合物。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其中，所述的电解液添加剂为具有式(1)所示结构的具有两个砜基的化合物，
其中，R1、R2相同或不同，独立的选自C1-8烷基或卤素(例如氟)取代的C1-8烷基，n为1，2，3。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其中，所述的电解液添加剂在电解液中的含量范围为0.05～0.2％(质量比)，优选0.1-0.15％。根据权利要求1或2所述的锂离子电池电解液，其中，所述电解液添加剂为二甲砜基甲烷。
4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池电解液，其中，所述无水有机溶剂包括碳酸乙烯酯，碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一更优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)三者混合物。种或多种，优选的，所述无水有机溶剂为上述溶剂中的任意两种或三种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池电解液，其中，所述锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiBOB中的任意一种或多种。
6.权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池电解液的制备方法，包括：将非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂进行混合。
7.权利要求6所述的锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述电解液添加剂如权利要求1-3任一项所述。
8.权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池电解液的用途，其用于锂离子电池，优选的，所述电池电解液应用于最高工作电压在4.35～4.6V的锂离子电池。
9.一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、隔离膜，以及电解液，其中，所述电解液为权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池电解液。
CN201510049746.6A 2015-01-30 2015-01-30 一种高电压锂离子电池电解液 Pending CN104638298A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510049746.6A CN104638298A (zh) 2015-01-30 2015-01-30 一种高电压锂离子电池电解液

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510049746.6A CN104638298A (zh) 2015-01-30 2015-01-30 一种高电压锂离子电池电解液

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104638298A true CN104638298A (zh) 2015-05-20

Family

ID=53216789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510049746.6A Pending CN104638298A (zh) 2015-01-30 2015-01-30 一种高电压锂离子电池电解液

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104638298A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106684447A (zh) * 2015-11-06 2017-05-17 中国科学院福建物质结构研究所 一种锂离子电池用5v高电压电解液
CN110707359A (zh) * 2018-07-09 2020-01-17 中国科学院福建物质结构研究所 一种高电压型锂离子电池用电解液
CN110707358A (zh) * 2018-07-09 2020-01-17 中国科学院福建物质结构研究所 一种高电压型锂离子电池用电解液
CN111129590A (zh) * 2019-12-23 2020-05-08 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种高电压锂离子电池非水电解液及高电压锂离子电池
CN111864265A (zh) * 2019-04-29 2020-10-30 中国科学院福建物质结构研究所 一种富锂锰基锂离子电池用耐高电压电解液

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106684447A (zh) * 2015-11-06 2017-05-17 中国科学院福建物质结构研究所 一种锂离子电池用5v高电压电解液
CN110707359A (zh) * 2018-07-09 2020-01-17 中国科学院福建物质结构研究所 一种高电压型锂离子电池用电解液
CN110707358A (zh) * 2018-07-09 2020-01-17 中国科学院福建物质结构研究所 一种高电压型锂离子电池用电解液
CN111864265A (zh) * 2019-04-29 2020-10-30 中国科学院福建物质结构研究所 一种富锂锰基锂离子电池用耐高电压电解液
CN111864265B (zh) * 2019-04-29 2022-06-10 中国科学院福建物质结构研究所 一种富锂锰基锂离子电池用耐高电压电解液
CN111129590A (zh) * 2019-12-23 2020-05-08 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种高电压锂离子电池非水电解液及高电压锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111883839B (zh) 高压电解液及基于其的锂离子电池
CN103730688B (zh) 锂离子电池及其电解液
CN107069093B (zh) 一种用于锂硫电池的高浓度酯类电解液
CN106159325B (zh) 一种锂离子电池用低温电解液及低温锂离子电池
JP5890860B2 (ja) リチウムイオン二次電池及びその電解液
CN104269576A (zh) 一种电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN104022310A (zh) 锂离子二次电池及含有该电解液的锂离子电池
CN105261790A (zh) 电解液以及包括该电解液的锂离子电池
CN103597648A (zh) 非水性电解质和使用其的锂二次电池
CN105336984A (zh) 锂离子电池及其电解液
CN105140558A (zh) 一种锂离子电池高压电解液及其制备方法
CN105406124A (zh) 一种提高锂离子电池高温及高电压性能的电解液及其在锂离子电池中的应用
CN104638298A (zh) 一种高电压锂离子电池电解液
CN107482247A (zh) 一种高电压锂离子电池
CN104900915A (zh) 锂离子电池电解液及使用它的锂离子电池
CN105470571A (zh) 锂离子二次电池及其电解液
CN112599859A (zh) 一种高能量密度动力电池的制备方法
CN111129584B (zh) 一种非水电解液及其锂离子电池
KR102096068B1 (ko) 실릴에테르를 함유한 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN106450449A (zh) 用于4.2v以上高电压体系电池的电解液
CN104409771B (zh) 一种含有腈乙基氢氟醚的电解液及一种锂二次电池
CN107482246A (zh) 一种锂离子电池电解液
CN113394450A (zh) 一种钴酸锂高电压锂离子电池非水电解液及锂离子电池
CN110931872B (zh) 一种锂离子电池电解液添加剂及锂离子电池电解液
CN105186035A (zh) 一种能改善电解液高电压性能的添加剂及含有该添加剂的电解液

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150520