CN104953178A - 锂离子电池非水电解液与锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了锂离子电池非水电解液与含有该非水电解液的锂离子电池，所述的非水电解液含有：锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述的添加剂包括式(1)、(2)、(3)表示的卤代苯基化合物中的一种或多种和碳酸亚乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯中的一种或多种。
Description
技术领域
本发明涉及能够提供兼顾电池高容量和循环特性尤其是高温循环特性的锂离子电池非水电解液，以及使用该电解液的锂离子电池。
背景技术
与传统的二次电池相比，锂离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、能量密度高、无记忆效应、无污染，以及自放电小、循环寿命长等优点。1990年，日本Sony公司生产出第一块锂离子电池，掀起了锂离子电池的商业化浪潮。近年来，锂离子二次电池除了应用在消费类电子产品领域，还广泛应用在电动汽车上，并被视为解决汽车尾气污染、减少化石能源消耗的重要手段。目前，电动汽车发展的瓶颈之一就是续航里程和使用寿命短，反映在电池上，就是电池的能量密度(容量)较低和循环性能较差。研究发现，锂电池充电时非水电解液中的溶剂在正极发生氧化分解，分解产物阻碍了电池所希望的电化学反应，因此导致电池性能下降，此外，反复充放电期间，电解液中的溶剂在石墨负极的还原分解也会引起电池性能的下降。为了提升锂离子电池的能量密度和循环性能，除了寻求新型的正负极材料，开发新的电解液配方也是一种重要的解决方案。
锂离子电池非水电解液主要是由电解质锂盐溶解在有机溶剂中形成的，此外，电解液中还包含一定的添加剂，用于促进石墨负极的成膜、提升电解液的电导率、降低电池内阻、改善电池的储存性能、提升电池的循环性能等等。
美国专利公开第2002/0110735号公报报道了2，3，4，5，6-五氟茴香醚等具有供电子基团的五氟苯化合物能够提升扣式电池的循环性能；特开平11-329490号公报中报道了特定的五氟苯衍生物，用于提升锂离子二次电池的循环特性、电容量及保存特性等；中国专利ZL 200480026823.6公布了一种含有五氟苯氧基化合物的非水电解液，使用该电解液的锂二次电池，具有优异的循环性能。
所以，市场上越有越需要开发一种兼顾锂离子电池的容量特性、存储特性，同时具有优异的循环稳定性，尤其是高温循环特性的锂离子电池非水电解液及锂离子电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够兼顾锂离子电池容量和循环性能、尤其是高温循环特性的非水电解液，以及含有该电解液的循环性能提高的高容量锂离子电池。
本发明采用的技术方案如下：
一种锂离子电池非水电解液，所述的非水电解液含有：锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述的添加剂包括式(1)、(2)、(3)表示的卤代苯基化合物中的一种或多种和碳酸亚乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯中的一种或多种，
其中，R1代表卤素原子，R2表示选自碳原子数1-14的烷基羰基或碳原子数1-14的烷氧基羰基或碳原子数1-14的烷基磺酰基或碳原子数1-14的烯基，并且R2取代基中至少有一个氢原子可被卤素原子取代。
优选地，式(1)、(2)、(3)中的R2为碳原子数1-4的烷基磺酰基。
优选地，式(1)、(2)、(3)中的R2为甲基磺酰基。
优选地，所述的非水电解液中卤代苯基化合物的质量分数为0.01-10％。
优选地，所述的非水电解液中碳酸亚乙烯酯和/或1，3-丙磺酸内酯的质量分数为0.05-10％。
优选地，所述的非水电解液中还含有联苯、叔丁基苯、叔戊基苯、环己基苯、氟代环己基苯中的中的一种或多种，且上述物质总的质量分数为0.01-5％。
一种锂离子电池，包括：正极材料、负极材料、隔膜和权利要求1-6任意一项所述的非水电解液。
优选地，所述的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种；负极材料为天然石墨、人造石墨、硅碳、硬碳、钛酸锂中的一种或几种。
本发明的有益效果是：本发明提供的锂离子电池非水电解液，可以兼顾锂离子电池的容量特性、存储特性，同时具有优异的循环稳定性，尤其是高温循环特性，含有该电解液的锂离子电池，可广泛应用在消费类电子产品和电动汽车等领域。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
电解液配制：按照EC：PC：DEC：EMC：VC：PS＝35：5：35：25：2：2.5(体积比)配制1mol/L LiPF6电解液，然后加入2.5wt％的2，4，6-三氟甲磺酸苯甲酯和0.5wt％的联苯。
正极材料的制备：混合91wt％的LiFePO4(正极活性物质)，5wt％的SP(超导碳黑)以及4wt％的PVDF(粘结剂)，并向其加入N-甲基吡咯烷酮，然后将浆料涂覆在铝箔上，干燥后辊压，得到正极材料。
负极材料的制备：混合75wt％的人造石墨，25wt％的中间相炭微球，5％的羧甲基纤维素钠，并向其加入去离子水，然后将浆料涂覆在铜箔上，干燥后辊压，得到负极材料。
将上述正负极材料制备成1865140的方型电池(长宽高分别为140mm、65mm和18mm)，其中，正极材料压实密度为2.17g/cm3，极片的厚度为162μm(双面)；负极材料压实密度1.46g/cm3，极片的厚度为104μm。
使上述电池按照下述工艺化成：(1)260mA恒流充电，限压3.65V，限时240min；(2)2600mA恒流恒压充电，限压3.65V，限流200mA，限时240min。然后按照1C(13000mA)的工艺进行常温循环充放电；按照0.5C(6500mA)进行高温(55℃)循环充放电，结果显示，当容量衰减至初始容量的80％时，常温循环次数为4500周，高温循环次数为1300周，高温循环性能明显提升(对比例1)。
实施例2
电解液配制：按照EC：PC：DEC：EMC：VC：PS＝35：5：35：25：2：2.5(体积比)配制1mol/L LiPF6电解液，然后加入1.5wt％的2，4，6-三溴甲磺酸苯甲酯和0.5wt％的联苯。
正极材料的制备：混合72wt％的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和18wt％LiMn0.8Fe0.2O4(正极活性物质)，5wt％的SP(超导碳黑)以及5wt％的PVDF(粘结剂)，并向其加入N-甲基吡咯烷酮，然后将浆料涂覆在铝箔上，干燥后辊压，得到正极材料。
负极材料的制备：混合75wt％的人造石墨，25wt％的中间相炭微球，5％的羧甲基纤维素钠，并向其加入去离子水，然后将浆料涂覆在铜箔上，干燥后辊压，得到负极材料。
将上述正负极材料制备成1865140的方型电池(长宽高分别为140mm、65mm和18mm)，其中，正极材料压实密度为3g/cm3，面密度为170g/m2(单面)；负极材料压实密度1.46g/cm3，极片的厚度为104μm。
使上述电池按照下述工艺化成：(1)200mA恒流充电，限压4.17V，限时240min；(2)3000mA恒流恒压充电，限压4.17V，限流200mA，限时240min。然后按照1C(15000mA)的工艺进行常温循环充放电；按照0.5C(7500mA)进行高温(55℃)循环充放电，结果显示，当容量衰减至初始容量的80％时，常温循环次数为2500周，高温循环次数为800周，高温循环性能明显提升(对比例2)。
比较例1
电解液配制：按照EC：PC：DEC：EMC：VC：PS＝35：5：35：25：2：2.5(体积比)配制1mol/L LiPF6电解液。
正极材料的制备：混合91wt％的LiFePO4(正极活性物质)，5wt％的SP(超导碳黑)以及4wt％的PVDF(粘结剂)，并向其加入N-甲基吡咯烷酮，然后将浆料涂覆在铝箔上，干燥后辊压，得到正极材料。
负极材料的制备：混合75wt％的人造石墨，25wt％的中间相炭微球，5％的羧甲基纤维素钠，并向其加入去离子水，然后将浆料涂覆在铜箔上，干燥后辊压，得到负极材料。
将上述正负极材料制备成1865140的方型电池(长宽高分别为140mm、65mm和18mm)，其中，正极材料压实密度为2.17g/cm3，极片的厚度为162μm(双面)；负极材料压实密度1.46g/cm3，极片的厚度为104μm。
使上述电池按照下述工艺化成：(1)260mA恒流充电，限压3.65V，限时240min；(2)2600mA恒流恒压充电，限压3.65V，限流200mA，限时240min。然后按照1C(13000mA)的工艺进行常温循环充放电；按照0.5C(6500mA)进行高温(55℃)循环充放电，结果显示，当容量衰减至初始容量的80％时，常温循环次数为3500周，高温循环次数为800周，高温循环性能不如实施例1。
比较例2
电解液配制：按照EC：PC：DEC：EMC：VC：PS＝35：5：35：25：2：2.5(体积比)配制1mol/L LiPF6电解液。
正极材料的制备：混合72wt％的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和18wt％LiMn0.8Fe0.2O4(正极活性物质)，5wt％的SP(超导碳黑)以及5wt％的PVDF(粘结剂)，并向其加入N-甲基吡咯烷酮，然后将浆料涂覆在铝箔上，干燥后辊压，得到正极材料。
负极材料的制备：混合75wt％的人造石墨，25wt％的中间相炭微球，5％的羧甲基纤维素钠，并向其加入去离子水，然后将浆料涂覆在铜箔上，干燥后辊压，得到负极材料。
将上述正负极材料制备成1865140的方型电池(长宽高分别为140mm、65mm和18mm)，其中，正极材料压实密度为3g/cm3，面密度为170g/m2(单面)；负极材料压实密度1.46g/cm3，极片的厚度为104μm。
使上述电池按照下述工艺化成：(1)200mA恒流充电，限压4.17V，限时240min；(2)3000mA恒流恒压充电，限压4.17V，限流200mA，限时240min。然后按照1C(15000mA)的工艺进行常温循环充放电；按照0.5C(7500mA)进行高温(55℃)循环充放电，结果显示，当容量衰减至初始容量的80％时，常温循环次数为2000周，高温循环次数为450周，常温及高温循环性能不如实施例2。
上述实施例仅是实例性质的。对于本领域的技术人员，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变性，本发明的范围又所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述的非水电解液含有：锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述的添加剂包括式(1)、(2)、(3)表示的卤代苯基化合物中的一种或多种和碳酸亚乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯中的一种或多种，
其中，R1代表卤素原子，R2表示选自碳原子数1-14的烷基羰基或碳原子数1-14的烷氧基羰基或碳原子数1-14的烷基磺酰基或碳原子数1-14的烯基，并且R2取代基中至少有一个氢原子可被卤素原子取代。
2.如权利要求书1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，式(1)、(2)、(3)中的R2为碳原子数1-4的烷基磺酰基。
3.如权利要求书2所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，式(1)、(2)、(3)中的R2为甲基磺酰基。
4.如权利要求书1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述的非水电解液中卤代苯基化合物的质量分数为0.01-10％。
5.如权利要求书1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述的非水电解液中碳酸亚乙烯酯和/或1，3-丙磺酸内酯的质量分数为0.05-10％。
6.如权利要求书1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述的非水电解液中还含有联苯、叔丁基苯、叔戊基苯、环己基苯、氟代环己基苯中的中的一种或多种，且上述物质总的质量分数为0.01-5％。
7.一种锂离子电池，其特征在于，包括：正极材料、负极材料、隔膜和权利要求1-6任意一项所述的非水电解液。
8.如权利要求书7所述的锂离子电池，其特征在于：所述的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种；负极材料为天然石墨、人造石墨、硅碳、硬碳、钛酸锂中的一种或几种。
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