CN105047991A - 能提高锂离子电池高电压性能的电解液 - Google Patents

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谷秀娟
梁振洋
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Abstract

本发明公开了一种能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特点是在电解液中加入新型高电压添加剂(A)，并且含有碳酸酯类与醚类溶剂B、锂盐(C)和功能添加剂(D)。其中(A)高电压添加剂在电解液中的添加范围是：0.01-20w.t％，B占电解液的比例为50-90w.t％C；C锂盐在电解液中的摩尔浓度为0.5-2mol/L，功能添加剂D在电液中的比例为0.01-20w.t％。通过加入高电压添加剂A，很好地改善了锂电池在4.4V充电电压下的循环性能与安全性能。

Description

能提高锂离子电池高电压性能的电解液
技术领域：
本发明涉及一种能提高锂离子电池高电压性能的电解液，属于电池材料技术领域。
背景技术：
目前商业化的电解液一般由高纯度的有机溶剂、溶质以及必要的功能添加剂等原料在一定条件下，按一定比例配制而成。其中，有机溶剂是电解液的主体部分，目前商业化的常用的有机溶剂有碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)等；而在溶质方面，目前基本主要采用六氟磷酸锂(LiPF6)。目前商业化电解液的充电截至电压基本都在4.2v以内，并未针对高电压体系进行针对性设计，因此充电电压达到4.35V以上后，电芯的循环寿命一般会较4.2v急剧下降。并且更容易出电芯现鼓胀甚至会爆炸的情况。也严重降低了电芯的安全性能。
随着轻便式智能设备的普及，以及新能源汽车的兴起，提高锂离子电池的能量密度变得越来越重要，对阴极材料进行改性与开发新型的高电压阴极材料成为一个重要的技术方向，目前，对于改性高压LCO与新型阴极LiNiMnO4，LINiCoMnO4。其作为阴极材料组装的锂离子电池的充电电压普遍达到了4.2V以上，达到4.4V，4.5V至5V。
综上所述，在高充电电压情况下，传统的商业化的锂离子电池非水电解液已经不能满足要求，在高电压下会出现锂离子电池胀气甚至爆炸，循环寿命明显下降。降低了锂离子电池的工作寿命与安全性，因此针对高电压阴极材料设计新型非水电解液是一项十分有意义的工作。
发明内容：
本发明的目的是提供一种能提高锂离子电池高电压性能的电解液。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征是：电解液中存在如下结构的添加剂A，其在电解液中的含量为0.01-20w.t％。
上述结构式中的R，R1分别独立地选自H、卤素、烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、烯烃基、卤代烯烃基，其中：卤素为F、Cl或Br，卤代包含部分取代和全取代。
所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征是：所述的高电压添加剂为下列结构式中的一种或几种共存，其典型结构如下：
所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其还存在碳酸酯类与醚类溶剂B，其中B在电解液中的含量为50-90w.t％。
所述的碳酸酯类溶剂B为环状的碳酸酯类或链状碳酸酯类化合物；所述的链状碳酸酯其选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯以及碳数为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一种或几种。
所述的碳酸酯类溶剂B中的环状碳酸酯选自碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂、伽马丁内酯的一种或几种。
所述的醚类溶剂，其选自1，2-二甲氧乙烷(DME)和二甘醇二甲醚(dimethylcarbitol)，四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-Methyl-THF)、1，3-二氧环戊烷(DOL)、二甲氧甲烷(DMM)中的一种或几种。
所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其还包括锂盐C，其在电解液中的的含量为0.5-1.6mol/L；锂盐C可以是具有如下分子式的化合物中的一种或几种共存：LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiF2BC2O4。
所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其还包括功能添加剂D，功能添加剂在电解液中的含量为0.01-20w.t％。
所述的功能添加剂D为以下化合物的一种或者几种：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、双氟代碳酸乙烯酯、1，3丙磺酸内酯(PS)、1，3-丙烷磺酸内酯(1，3-PS)、硫酸亚乙酯(DTD)、硫酸乙烯酯(ESA)、环己基苯(CHB)、叔丁基苯(TBB)、叔戊基苯(TPB)和丁二腈(SN)己二腈(AND)。
本发明的有益效果是：通过在锂电池电解液中添加新型高电压添加剂，能大大提高电解液的高电压性能，有利于锂电池的循环寿命和安全性能的提高。
具体实施方式：
实施例一
在充氩气的手套箱(H2O＜10ppm)中分别配制4份200g锂离子电池电解液EC/EMC/DMC＝3∶2∶5(wt％)1mol/LLiPF6，记为A、B、C、D样，然后在B、C、D样中分别添加质量百分数为1、3、5的1，1二氟丙烯基苯(A-6)。添加剂的加入对锂电池在4.4V下的循环性能和安全性能均有所提高。
实施例二
在充氩气的手套箱(H2O＜10ppm)中分别配置4份100g锂离子电池电解液EC/EMC/DMC＝3∶2∶5(wt％)1mol/LLiPF6，记为E、F、G、H样，然后在F、G、H样中分别添加质量百分数为2、3、5的对甲基1，1二氟丙烯基苯(A-4)。添加剂的加入对锂电池在4.4V下的循环性能和安全性能均有所提高。
实施例三
在充氩气的手套箱(H2O＜10ppm)中分别配置4份100g锂离子电池电解液EC/EMC/DMC＝3∶2∶5(wt％)1mol/LLiPF6，记为I，J，K，L样，然后在J，K，L样中分别添加质量百分数为2、3、5的2-(1，1二氟丙烯基)吡啶(A-3)，添加剂的加入对锂电池在4.4V下的循环性能和安全性能均有所提高。
由以上对比例和实施例可知，添加了高电压添加剂的锂离子电解液能大大提高电解液的高电压性能，有利于锂离子电池的循环寿命和储存寿命的提高。
本发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：电解液中存在如下结构的添加剂A，其在电解液中的含量为0.01-20w.t％，
上述结构式中的R，R1分别独立地选自H、卤素、烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、烯烃基、卤代烯烃基，其中：卤素为F、Cl或Br，卤代包含部分取代和全取代。
2.根据权利要求1所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：所述的高电压添加剂为下列结构式中的一种或几种共存，其典型结构如下：
3.根据权利要求1所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：其中还存在碳酸酯类与醚类溶剂B，其中B在电解液中的含量为50-90w.t％。
4.根据权利要求3所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：所述碳酸酯类溶剂B为环状的碳酸酯类或链状碳酸酯类化合物；所述的链状碳酸酯其选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯，以及碳数为3-8的直链或支链酯肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：所述的环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、伽马丁内酯中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：所述的醚类有机溶剂选自1，2-二甲氧乙烷(DME)、二甘醇二甲醚(dimethylcarbitol)、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-Methyl-THF)、1，3-二氧环戊烷(DOL)、二甲氧甲烷(DMM)、中的一种或几种。
7.根据权利1～6所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：其还包括锂盐C，锂盐C在电解液中的的含量为0.5-1.6mol/L；锂盐C可以是具有如下分子式的化合物中的一种或几种共存：LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiF2BC2O4。
8.根据根据权利要求1～7所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：其还包括功能添加剂D，功能添加剂在电解液中的含量为0.01-20w.t％。
9.根据权利要求8所述的能提高锂离子电池高电压性能的电解液，其特征在于：所述的功能添加剂D为以下化合物的一种或者几种：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、双氟代碳酸乙烯酯、1，3丙磺酸内酯(PS)、1，3-丙烷磺酸内酯(1，3-PS)、硫酸亚乙酯(DTD)、硫酸乙烯酯(ESA)、环己基苯(CHB)、叔丁基苯(TBB)、叔戊基苯(TPB)和丁二腈(SN)己二腈(AND)。
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