CN105514492A - 一种锂离子电池用电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用电解液,按照质量份数,其组成为:结构式(Ⅰ)表示的化合物10–20份、其他锂盐5–12份、含氟磺酰/磷酰亚胺盐或含氯磺酰/磷酰亚胺盐3-10份、4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮70–80份、SEI成膜剂2-3份、抗过冲添加剂3-5份、阻燃剂0.5–1.5份、六甲基二硅胺烷或亚磷酸三苯酯1-2份;该电解质材料与锂离子电池电极材料具有较好的相容性,较高的热稳定性,耐氧化还原能力强,无铝箔腐蚀性等特点。如在未使用任何非水电解液功能性添加剂的情况下,比使用现有LiPF6电解液制备的锂离子电池,具有更加优异高温循环和储存性能。

Description

一种锂离子电池用电解液
技术领域
本发明属于新材料和电化学技术领域,具体涉及锂离子电池用电解液。
背景技术
锂离子电池以其比能量高、无污染、无记忆效应、寿命长而著称。近年来,锂离子电池备受重视,得到推广和应用。小到电子手表、手机,大到电动自行车、汽车,广受欢迎,甚至在军事航天等领域,锂离子电池也是越来越获得青睐。锂离子电池已经深刻影响人们的日常生活和工作。
随着对锂离子电池的需求增加,对锂离子电池的要求也越来越高。但是,基于本身的特点,锂离子电池存在着一些不足。如倍率性能不佳,即不能快速充放电,这对于汽车等动力领域是不可接受的。在电池充放电过程中,锂离子的移动场所包括电极、电极/电解液界面、电解液等。由于锂离子电池电解液采用的是非水有机溶剂,如碳酸酯类,溶质一般为六氟磷酸锂等无机锂盐,二者相容性不好,导致锂盐在有机溶剂中的溶解性并不好,造成电解液的电导率往往较小。这将直接导致参与迁移的锂离子较少,如果充放电电流较大,将引起严重的极化问题,造成电池容量下降。并且,随着温度降低,这一问题将进一步恶化。锂离子电池的倍率性能不高,导致锂离子电池不能快速充放电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种相容性好、锂盐溶解性好的锂离子电池用非水电解液。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:一种锂离子电池用电解液,按照质量份数,其组成为:结构式(Ⅰ)表示的化合物10–20份、其他锂盐5–12份、含氟磺酰/磷酰亚胺盐或含氯磺酰/磷酰亚胺盐3-8份、4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮(又称氟代碳酸乙烯酯)90–120份、SEI成膜剂4-8份、抗过冲添加剂3-5份、阻燃剂0.5–1.5份、六甲基二硅胺烷或亚磷酸三苯酯1-2份;
所述结构式(Ⅰ)表示的化合物为:
其中,Rf=CF3O(CF2CF2)n、HCF2O(CF2CF2)n或ICF2O(CF2CF2)n,n为1~6的整数;
所述的含氟磺酰/磷酰亚胺盐或含氯磺酰/磷酰亚胺盐,分子式分别为:[(FSO2)(RfSO2)N]Li,[(F2PO)][(RfSO2)N]Li,[(ClSO2)(RfSO2)N]Li,[(Cl2PO)(RfSO2)N]Li;其结构通式为式(II)所示:
Rf=CmF2m+1,m=0-8,X=SO2,Y=Cl或F,n=1;
Rf=CmF2m+1,m=0-8,X=PO,Y=Cl或F,n=2;
所述其他锂盐为[N(SO2OCH2CF3)2]Li、N[SO2OCH(CF3)2]2Li、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)中的一种或二种以上的组合,其中取代基RF=CnF2n+1,n为1至10的整数。
所述的SEI成膜剂为碳酸亚乙烯酯、氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、丙烷磺酸内酯、氟代丙烷磺酸内酯、丁烷磺酸内酯、四烷基-二烯基硅氧烷、(对乙烯基苯磺酰)(全氟烷基磺酰)亚胺盐中的一种或二种以上的混合物。
所述阻燃剂为磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三丁酯(TBP)、六甲基磷腈(HMPN)中的一种或二种以上的混合物。
本发明创新点在于:该电解质材料与锂离子电池电极材料具有较好的相容性,较高的热稳定性,耐氧化还原能力强,无铝箔腐蚀性等特点。如在未使用任何非水电解液功能性添加剂的情况下,比使用现有LiPF6电解液制备的锂离子电池,具有更加优异高温循环和储存性能。
具体实施方式
下面列举的具体实施例,是对本发明作进一步详细的说明,这些实施例仅用于说明本发明的目的,不以任何方式限制本发明所包含内容的范围。
实施例1
1)正极的制作:将LiCoO2粉末、炭黑(粒度为1000nm)、聚偏氟乙烯(PVDF)和N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合制成均一的浆料,将浆料均匀涂敷在铝箔(15μm)集流体上,然后进行干燥,轧制,得到LiCoO2正极材料。于120℃下烘12小时,干燥后的极片中,LiCoO2占总涂敷物的94%,粘结剂占4%,炭黑占2%。然后将所得极片裁剪成直径为12mm圆片作为正极。
2)负极的制作:将人造石墨,聚偏氟乙烯(PVDF)和N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)混合制成均一的浆料,将浆料均匀涂敷在铜箔(15μm)集流体上,然后进行干燥,轧制,得到碳负极材料。于120℃下烘12小时,干燥后的极片中,石墨占总涂敷物的96.4%,粘结剂占3.6%,然后将所得极片裁剪成直径为12mm圆片作为负极。
3)电解液的配制:
15份、[N(SO2OCH2CF3)2]Li8份、[(FSO2)(C2F5SO2)N]Li5份、4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮98份、氟代乙烯酯5份、抗过冲添加剂4份、磷酸三乙酯0.8份、六甲基二硅胺烷或亚磷酸三苯酯1.5份;
将导电盐[N(SO2OCH2CF3)2]Li、[(FSO2)(C2F5SO2)N]Li真空干燥后转入手套箱,缓慢加入有机溶剂中,配制成电解液,密封待用。
4)CR2032扣式锂离子电池的组成及性能评价:将电池隔膜放在上述步骤1)和2)中所制备的正负极片之间,滴加上述步骤3)中所配制好的非水电解液,组装成CR2032的扣式电池。
在微机控制的自动充放仪(Land,CT2001A)上进行电池的循环性能测试。测试条件:温度为25℃,截止电压为4.2~2.75V,充电倍率为0.5C,放电倍率为0.2C。本实施例的测试数据参见表1。
实施例2
对比实施例1,18份、N[SO2OCH(CF3)2]2Li11份、[(ClSO2)(C3F7SO2)N]Li6份、4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮110份、氟代丙烷磺酸内酯6份、抗过冲添加剂4份、磷酸三苯酯0.8份、六甲基二硅胺烷或亚磷酸三苯酯2份;
按实施例1中步骤1)~4)的操作,组装和评价电池。本实施例的测试数据参见表1。
实施例3
12份、LiN(SO2F)(SO2C2F5)11份、[(Cl2PO)(C2F5SO2)N]Li5份、4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮120份、丁烷磺酸内酯2份、四烷基-二烯基硅氧烷3份、抗过冲添加剂3-5份、磷酸三苯酯0.6、磷酸三丁酯0.7份、六甲基二硅胺烷或亚磷酸三苯酯2份;
组装成和实施例1一样的电池,进行高温循环性能测试。测试条件:组装好的电池直接在60℃的恒温实验箱进行高温循环测试,截止电压为4.2–2.75V。充电倍率为0.5C,放电倍率为0.2C。本实施例的测试数据参见表1。
实施例1–3的电解液组成和电池性能测试数据见表1。
表1.非水电解液的组成及其锂离子电池在高温60℃或85℃存储实验前后的电化学性能数据。

Claims (3)

1.一种锂离子电池用电解液,按照质量份数,其组成为:结构式(Ⅰ)表示的化合物10–20份、其他锂盐5–12份、含氟磺酰/磷酰亚胺盐或含氯磺酰/磷酰亚胺盐3-8份、4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮90–120份、SEI成膜剂4-8份、抗过冲添加剂3-5份、阻燃剂0.5–1.5份、六甲基二硅胺烷或亚磷酸三苯酯1-2份;
所述结构式(Ⅰ)表示的化合物为:
其中,Rf=CF3O(CF2CF2)n、HCF2O(CF2CF2)n或ICF2O(CF2CF2)n,n为1~6的整数;
所述的含氟磺酰/磷酰亚胺盐或含氯磺酰/磷酰亚胺盐,分子式分别为:[(FSO2)(RfSO2)N]Li,[(F2PO)][(RfSO2)N]Li,[(ClSO2)(RfSO2)N]Li,[(Cl2PO)(RfSO2)N]Li;其结构通式为式(II)所示:
Rf=CmF2m+1,m=0-8,X=SO2,Y=Cl或F,n=1;
Rf=CmF2m+1,m=0-8,X=PO,Y=Cl或F,n=2;
所述其他锂盐为[N(SO2OCH2CF3)2]Li、N[SO2OCH(CF3)2]2Li、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)中的一种或二种以上的组合,其中取代基RF=CnF2n+1,n为1至10的整数。
2.根据权利要求1所述一种锂离子电池用电解液,其特征在于:所述的SEI成膜剂为碳酸亚乙烯酯、氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、丙烷磺酸内酯、氟代丙烷磺酸内酯、丁烷磺酸内酯、四烷基-二烯基硅氧烷、(对乙烯基苯磺酰)(全氟烷基磺酰)亚胺盐中的一种或二种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述一种锂离子电池用电解液,其特征在于:所述阻燃剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、六甲基磷腈中的一种或二种以上的混合物。
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