CN104733776A - 一种提高锂电池循环寿命电解质溶液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高锂电池循环寿命电解液，包括(A)0.001-2摩尔/升的锂盐，(B)碳酸酯类和/或醚类有机溶剂，0.001-0.1摩尔/升的(C)长寿命添加剂二异丙基碳酰亚胺和0-0.5摩尔/升的(D)其他功能添加剂。该电解液中的长寿命添加剂二异丙基碳酰亚胺可以通过分子间氢键作用降低电解液体系锂盐水解，减少酸的产生，减弱酸对SEI膜及电极材料腐蚀，进而提升锂离子电池的循环寿命、倍率性能电池寿命，并且该长寿命添加剂(C)具有较好的安全性能，确保应用的充分安全，在锂一次电池、锂二次电池以及锂离子电池中具有较高的推广应用价值。

Description

一种提高锂电池循环寿命电解质溶液
技术领域
本发明涉及锂电池材料技术领域，具体涉及一种提高锂电池循环寿命的电解液。
背景技术
随着社会的不断发展，便携式电子设备需求也越来越多，对高比能电池（电子设备动力源）的需求也逐渐增大。锂电池具有高电压、低自放电率、高能量密度、无污染等显著优点，正逐步取代传统电池不断扩展应用领域和市场份额。
尽管相比传统电池，锂电池循环寿命有较大改善，但是在一些特殊环境（高温），锂电池的寿命依然没有达到所需要求。目前锂电池主要使用的电解液为六氟磷酸锂与碳酸酯（醚）的混合体系，但该电解液处于较高温度的条件下，电池中的电解液组分六氟磷酸锂易分解，产生酸腐蚀电池SEI膜及电极材料, 导致电池寿命下降。为了改善锂电池的循环寿命，通过在电解液中添加长寿命添加剂，抑制酸的产生，减少酸对材料及电极的腐蚀，从而大大提高电池的循环性能是目前行业内的主要研究方向。然而，目前常用的电池长寿命添加剂对电池SEI膜及电极材料的保护效果任然不理想，严重制约着锂离子电池向大型化、高能化的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对以上现有技术所存在的不足，而提出了一种提高锂电池安全性能的电解质溶液，该电解液使锂离子电池具有良好的循环寿命、倍率性能，且安全性大幅提升，使其具有广阔的应用前景。
为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案来实现的:
一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：该电解液包括(A)锂盐，(B)碳酸酯类和/或醚类有机溶剂，(C)长寿命添加剂和(D)其他功能添加剂；其中(A) 锂盐在此电解液中的摩尔浓度范围是：0.001-2 摩尔/ 升，(C) 长寿命添加剂在此电解液中所占的质量比例范围为0.001-0.1摩尔/升，组分(D) 其他功能添加剂在此电解液中的摩尔浓度范围为0-0.5 摩尔/ 升；其中上述的(C) 长寿命添加剂为二异丙基碳酰亚胺（简称DIC），其化学结构式如下：
。
以上所述的(A) 锂盐为四氟硼酸锂（LiBF4）、六氟磷酸锂（LiPF6）、双三氟磺酰胺锂（LiN(SO2CF3)2）、双氟磺酰胺锂（LiFSI）、三氟甲磺酸锂（LiSO3CF3）中的至少一种。
以上所述的(B)碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物。
以上所述的(B)醚类有机溶剂选自2-甲基四氢呋喃(2-Methyl-THF)、四氢呋喃(THF)、乙二醇二甲醚（DME）、1，3-二氧环戊烷(DOL)、二甲氧基甲烷(DMM)、1，2-二甲氧基乙烷(DME) 和二甘醇二甲醚(dimethyl  carbitol)中的至少一种。
以上所述的环状的碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ- 丁内酯(GBL) 和碳酸亚丁酯(BC)中的至少一种。
以上所述的链状碳酸酯类化合物选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的至少一种。
以上所述的(D) 其他功能添加剂为乙腈（AN），联苯(BP)，碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1、3- 丙磺酸内酯(PS)，硫酸乙烯酯(ESA)，环己基苯(CHB)，叔丁基苯(TBB)，叔戊基苯(TPB) 和丁二氰(SN)中的至少一种。
本发明的电解液主要应用于锂一次电池，锂二次电池及锂离子电池中。
本发明电解质溶液中含有新型长寿命添加剂(C)，应用于锂电池后，可以大大降低锂盐水解，降低电解液体系的酸含量，进而大大降低酸对电池SEI膜及电极材料腐蚀，提高了锂离子电池的循环寿命、倍率性能。并且该长寿命添加剂(C)具有较好的安全性能，确保应用的充分安全，具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1为使用含有200ppm DIC  EC/DEC/EMC(1:1:1)的磷酸铁锂/石墨的模拟电池的循环性能以及与空白电池对比图。
具体实施方式：
为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面用实施例对本发明作进一步的说明。
电解液制备：将长寿命添加剂二异丙基碳酰亚胺DIC用4A锂化分子筛除水约24小时，待水分降至10ppm以下，然后在无水无氧手套箱中将锂盐缓缓加入含有长寿命添加剂和其他添加剂的溶剂中，配成不同浓度的电解液。
本发明以表格的形式例举了22 种长寿命电解质溶液的成份组成、以及各电解质溶液酸值含量的测试数据，详见下表1。
表1 长寿命电解质溶液的组份及酸值含量。
。
由表1可知，使用二异丙基碳酰亚胺（DIC）的电解液的电解质溶液酸值（HF）含量均可稳定控制在20及以下，大部分可稳定控制在20以下，相比没有使用的电解液极大的降低了电解液体系的酸含量。
实施例23 在含有1M LiPF6的体积比1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的电解液中加入200ppm DIC。图1是使用该电解液的石墨/磷酸铁锂电池的1C倍率下的循环性能，1#为空白电池，2#为含0.05%DIC电池。从图1中可以看出，经过100次循环后，空白电池容量保持率降到85%，而使用这种电解液的电池容量保持率约为94%，从而可以看出，当容量保持率降至80%时，使用该种添加剂电解液的循环次数要远远大于空白电池（即使用该种添加剂电解液电池的使用寿命要远远大于空白电池的使用寿命）。

Claims (8)

1.一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：该电解液包括(A)锂盐，(B)碳酸酯类和/或醚类有机溶剂，(C)长寿命添加剂和(D)其他功能添加剂；其中(A) 锂盐在此电解液中的摩尔浓度范围是：0.001-2 摩尔/ 升，(C) 长寿命添加剂在此电解液中所占的质量比例范围为0.001-0.1摩尔/升，组分(D) 其他功能添加剂在此电解液中的摩尔浓度范围为0-0.5 摩尔/ 升；其中上述的(C) 长寿命添加剂为二异丙基碳酰亚胺，其化学结构式如下：
。
2.根据权利要求1所述的一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：所述的(A) 锂盐为四氟硼酸锂（LiBF4）、六氟磷酸锂（LiPF6）、双三氟磺酰胺锂（LiN(SO2CF3)2）、双氟磺酰胺锂（LiFSI）、三氟甲磺酸锂（LiSO3CF3）中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：所述的(B)碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物。
4.根据权利要求1所述的一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：所述的(B)醚类有机溶剂选自四氢呋喃、乙二醇二甲醚、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1,2-二甲氧乙烷和二甘醇二甲醚中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：所述的环状的碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：所述的链状碳酸酯类化合物选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：所述的(D) 其他功能添加剂为乙腈、联苯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯和丁二氰中的至少一种。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种提高锂电池循环寿命的电解液，其特征在于：该电解液应用于锂一次电池，锂二次电池及锂离子电池中。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106532122A (zh) * 2016-12-26 2017-03-22 河南华瑞高新材料科技股份有限公司 一种稳定锂离子功能电解液中水分、hf及色泽含量的方法
CN106711495A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 中国科学院物理研究所 一种用于锂电池的电解液
CN109075392A (zh) * 2016-04-15 2018-12-21 国立大学法人东京大学 电解液和锂离子二次电池
CN112825370A (zh) * 2019-11-20 2021-05-21 珠海冠宇电池股份有限公司 一种非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池
CN112993400A (zh) * 2019-12-17 2021-06-18 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种锂电池非水电解液及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101771167A (zh) * 2010-02-05 2010-07-07 九江天赐高新材料有限公司 一种高容量锂离子电解液、电池以及电池的制备方法
CN102263292A (zh) * 2011-06-24 2011-11-30 九江天赐高新材料有限公司 一种锂二次电池用非水电解液
CN103618109A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 山东海容电源材料有限公司 电解液用阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液
JP2014164831A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Gs Yuasa Corp 非水電解質二次電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101771167A (zh) * 2010-02-05 2010-07-07 九江天赐高新材料有限公司 一种高容量锂离子电解液、电池以及电池的制备方法
CN102263292A (zh) * 2011-06-24 2011-11-30 九江天赐高新材料有限公司 一种锂二次电池用非水电解液
JP2014164831A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Gs Yuasa Corp 非水電解質二次電池
CN103618109A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 山东海容电源材料有限公司 电解液用阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106711495A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 中国科学院物理研究所 一种用于锂电池的电解液
CN109075392A (zh) * 2016-04-15 2018-12-21 国立大学法人东京大学 电解液和锂离子二次电池
CN109075392B (zh) * 2016-04-15 2022-04-19 株式会社丰田自动织机 电解液和锂离子二次电池
CN106532122A (zh) * 2016-12-26 2017-03-22 河南华瑞高新材料科技股份有限公司 一种稳定锂离子功能电解液中水分、hf及色泽含量的方法
CN112825370A (zh) * 2019-11-20 2021-05-21 珠海冠宇电池股份有限公司 一种非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池
CN112993400A (zh) * 2019-12-17 2021-06-18 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种锂电池非水电解液及其应用

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