CN106129456A - 一种电解液用功能添加剂，长循环锂离子电池电解液及锂离子电池 - Google Patents

一种电解液用功能添加剂，长循环锂离子电池电解液及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电解液用功能添加剂，长循环锂离子电池电解液及锂离子电池。该功能添加剂由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯0.5～2.5份、双草酸硼酸锂0.5～2份、双氟磺酰亚胺锂0.1～2份、硫酸乙烯酯0.5～2份、丁基磺酸内酯0.5～2份。本发明的电解液用功能添加剂，由碳酸亚乙烯酯、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、硫酸乙烯酯与丁基磺酸内酯复配而成，将其加入电解液中使用，提高了负极表面SEI膜的稳定性，降低了SEI膜的内阻，防止循环过程中SEI膜遭到破坏进而造成电解液与负极的反应，从而提高了电池的循环寿命。

Description

一种电解液用功能添加剂，长循环锂离子电池电解液及锂离 子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电解液用功能添加剂，同时还涉及一种采用该功能添加剂的长循环锂离子电池电解液及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为一种新型绿色高能电池，在能源化学和材料化学领域备受关注；其以能量和功率密度较大、无记忆效应、自放电较小等特点而渐渐成为车载动力蓄电池的主流选择之一。电解液是锂离子电池的重要组成部分，不仅在正负极之间输送和传导电流，而且在很大程度上决定电池的工作机制，影响电池的比能量、安全性能、倍率充放电性能、循环寿命和生产成本等。
同传统电池相比，锂离子电池的循环寿命有了较大的改善；但是随着锂离子电池行业的不断发展，对于锂离子电池的要求也越来越严格，对其循环寿命的要求更是不断的提升，尤其是在极端条件下(如高温环境)的循环寿命，还远不能满足市场的需求。
目前，锂离子电池所使用的电解液体系仍为六氟磷酸锂和碳酸酯类有机溶剂的混合体系。随着电池循环次数的增加，负极表面的SEI膜遭到破坏，电解液被不断分解，石墨负极被不断破坏，导致电池循环性能不断下降。为提高锂离子电池的循环寿命，通常考虑在电解液中加入特殊的成膜添加剂，来提高负极表面SEI膜的稳定性，以期提高锂离子电池的循环寿命；但是通常单一的成膜添加剂作用有限，且会大大增加负极表面的成膜阻抗，对锂电池的循环寿命提高有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种电解液用功能添加剂，能明显提高锂离子电池的循环寿命。
本发明的第二个目的是提供一种采用上述功能添加剂的长循环锂离子电池电解液。
本发明的第三个目的是提供一种采用上述电解液的锂离子电池。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种电解液用功能添加剂，由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯0.5～2.5份、双草酸硼酸锂0.5～2份、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)0.1～2份、硫酸乙烯酯0.5～2份、丁基磺酸内酯0.5～2份。
本发明的电解液用功能添加剂的制备方法，是将碳酸亚乙烯酯、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、硫酸乙烯酯与丁基磺酸内酯混合，即得。
本发明的电解液用功能添加剂，由碳酸亚乙烯酯、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、硫酸乙烯酯与丁基磺酸内酯复配而成，将其加入电解液中使用，双草酸硼酸锂和丁基磺酸内酯协同碳酸亚乙烯酯在石墨负极表面形成稳定的SEI膜，双氟磺酰亚胺锂和硫酸乙烯酯参与成膜，并降低正负极表面的阻抗；功能添加剂的配合使用提高了负极表面SEI膜的稳定性，降低了SEI膜的内阻，防止循环过程中SEI膜遭到破坏进而造成电解液与负极的反应，从而提高了电池的循环寿命。
一种长循环锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；所述功能添加剂的各组分及其在电解液中的质量百分含量为：碳酸亚乙烯酯0.5％～2.5％、双草酸硼酸锂0.5％～2％、双氟磺酰亚胺锂0.1％～2％、硫酸乙烯酯0.5％～2％、丁基磺酸内酯0.5％～2％。
所述锂盐在电解液中的浓度为0.1～2.0mol/L。优选的，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5～2.0mol/L。
优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂。
所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂。
优选的，所述有机溶剂为环状碳酸酯与链状碳酸酯的混合物，环状碳酸酯与链状碳酸酯的质量比为3:5～10。
进一步优选的，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的混合物。其中，碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯的质量比为2～5:1。
所述的长循环锂离子电池电解液中还含有浸润剂；所述浸润剂为卤代苯。优选的，所述浸润剂为氟苯。
所述浸润剂在电解液中的质量百分含量为0.5％～2％。
一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述的长循环锂离子电池电解液。
正极所用正极活性物质为镍钴锰酸锂(NCM)三元材料；负极所用负极活性物质为石墨。所述隔膜为单面涂覆陶瓷涂层的陶瓷隔膜。
本发明的长循环锂离子电池电解液，采用上述的电解液用功能添加剂和有机溶剂，采用该电解液的锂离子电池，其极片的保液量得到提高，负极表面的SEI膜更加稳定，锂离子电池的常温循环和高温循环寿命都得到了显著提高。
附图说明
图1为实施例1所得锂离子电池与对比例的循环性能检测结果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的电解液用功能添加剂，由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯2份、双草酸硼酸锂0.5份、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)0.1份、硫酸乙烯酯0.5份、丁基磺酸内酯1份。
本实施例的长循环锂离子电池电解液，由锂盐、有机溶剂和上述的功能添加剂组成；所述锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为1mol/L；所述功能添加剂的各组分及其在电解液中的质量百分含量(以电解液总质量为基准)为：碳酸亚乙烯酯2％、双草酸硼酸锂0.5％、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)0.1％、硫酸乙烯酯0.5％、丁基磺酸内酯1％；所述有机溶剂为环状碳酸酯与链状碳酸酯的质量比为3:7的混合物，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯，所述链状碳酸酯为碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯的质量比为2:1的混合物。
本实施例的长循环锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述的长循环锂离子电池电解液；正极所用正极活性物质为镍钴锰酸锂三元材料(镍、钴、锰的摩尔比为1:1:1)；负极所用负极活性物质为人造石墨；所述隔膜为具有涂覆陶瓷涂层的陶瓷隔膜。将上述材料组装成锂离子电池，即得。
实施例2
本实施例的电解液用功能添加剂，由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯2.5份、双草酸硼酸锂0.5份、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)0.5份、硫酸乙烯酯0.5份、丁基磺酸内酯1份。
本实施例的长循环锂离子电池电解液，由锂盐、有机溶剂和上述的功能添加剂组成；所述锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为1mol/L；所述功能添加剂的各组分及其在电解液中的质量百分含量(以电解液总质量为基准)为：碳酸亚乙烯酯2.5％、双草酸硼酸锂0.5％、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)0.5％、硫酸乙烯酯0.5％、丁基磺酸内酯1％；所述有机溶剂为环状碳酸酯与链状碳酸酯的质量比为3:7的混合物，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯，所述链状碳酸酯为碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯的质量比为3:1的混合物。
本实施例的长循环锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述的长循环锂离子电池电解液；正极所用正极活性物质为镍钴锰酸锂三元材料(镍、钴、锰的摩尔比为1:1:1)；负极所用负极活性物质为人造石墨；所述隔膜为单面具有陶瓷涂层的陶瓷隔膜。将上述材料组装成锂离子电池，即得。
实施例3
本实施例的电解液用功能添加剂，由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯2份、双草酸硼酸锂0.5份、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)0.1份、硫酸乙烯酯1份、丁基磺酸内酯1.5份。
本实施例的长循环锂离子电池电解液，由锂盐、有机溶剂和上述的功能添加剂组成；所述锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为1mol/L；所述功能添加剂的各组分及其在电解液中的质量百分含量(以电解液总质量为基准)为：碳酸亚乙烯酯2％、双草酸硼酸锂0.5％、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)0.1％、硫酸乙烯酯1％、丁基磺酸内酯1.5％；所述有机溶剂为环状碳酸酯与链状碳酸酯的质量比为3:7的混合物，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯，所述链状碳酸酯为碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯的质量比为4:1的混合物。
本实施例的长循环锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述的长循环锂离子电池电解液；正极所用正极活性物质为镍钴锰酸锂三元材料(镍、钴、锰的摩尔比为1:1:1)；负极所用负极活性物质为人造石墨；所述隔膜为单面具有陶瓷涂层的陶瓷隔膜。将上述材料组装成锂离子电池，即得。
实施例4
本实施例的电解液用功能添加剂，由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯0.5份、双草酸硼酸锂2份、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)2份、硫酸乙烯酯2份、丁基磺酸内酯0.5份。
本实施例的长循环锂离子电池电解液，由锂盐、有机溶剂、浸润剂和上述的功能添加剂组成；所述锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为0.5mol/L；所述功能添加剂的各组分及其在电解液中的质量百分含量(以电解液总质量为基准)为：碳酸亚乙烯酯0.5％、双草酸硼酸锂2％、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)2％、硫酸乙烯酯2％、丁基磺酸内酯0.5％；所述浸润剂为氟苯，浸润剂在电解液中的质量百分含量为0.5％；所述有机溶剂为环状碳酸酯与链状碳酸酯的质量比为3:5的混合物，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯，所述链状碳酸酯为碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯的质量比为1:1的混合物。
本实施例的长循环锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述的长循环锂离子电池电解液；正极所用正极活性物质为镍钴锰酸锂三元材料(镍、钴、锰的摩尔比为1:1:1)；负极所用负极活性物质为人造石墨；所述隔膜为单面具有陶瓷涂层的陶瓷隔膜。将上述材料组装成锂离子电池，即得。
实施例5
本实施例的电解液用功能添加剂，由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯1份、双草酸硼酸锂1份、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)1份、硫酸乙烯酯1.5份、丁基磺酸内酯2份。
本实施例的长循环锂离子电池电解液，由锂盐、有机溶剂、浸润剂和上述的功能添加剂组成；所述锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中的浓度为2mol/L；所述功能添加剂的各组分及其在电解液中的质量百分含量(以电解液总质量为基准)为：碳酸亚乙烯酯1％、双草酸硼酸锂1％、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)1％、硫酸乙烯酯1.5％、丁基磺酸内酯2％；所述浸润剂为氟苯，浸润剂在电解液中的质量百分含量为2％；所述有机溶剂为环状碳酸酯与链状碳酸酯的质量比为3:10的混合物，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯，所述链状碳酸酯为碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯的质量比为5:1的混合物。
本实施例的长循环锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述的长循环锂离子电池电解液；正极所用正极活性物质为镍钴锰酸锂三元材料(镍、钴、锰的摩尔比为1:1:1)；负极所用负极活性物质为人造石墨；所述隔膜为单面具有陶瓷涂层的陶瓷隔膜。将上述材料组装成锂离子电池，即得。
实验例
本实验例对实施例1-5所得锂离子电池的循环性能进行检测(实验温度25±5℃；截止电压2.7～4.15V；进行1C/1C充放电循环)。结果如表1和图1所示。图1中，1#为对比例的锂离子电池；2#为实施例1的锂离子电池。
其中，对比例的锂离子电池所使用的电解液中，未添加功能添加剂，其余同实施例1。
表1实施例1-5所得锂离子电池的循环性能检测结果
循环次数 容量保持率
对比例 1000 91.41％
实施例1 1000 94.60％
实施例2 1000 94.1％
实施例3 1000 93.8％
实施例4 1000 95.1％
实施例5 1000 94.7％
从图1和表1可以看出，与对比例相比，实施例1-5所得锂离子电池在循环1000次后，容量保持率仍在94％以上。实验结果表明，本发明的功能添加剂能显著提高锂离子电池的循环性能和使用寿命。

Claims (10)

1.一种电解液用功能添加剂，其特征在于：由以下重量份的组分组成：碳酸亚乙烯酯0.5～2.5份、双草酸硼酸锂0.5～2份、双氟磺酰亚胺锂0.1～2份、硫酸乙烯酯0.5～2份、丁基磺酸内酯0.5～2份。
2.一种长循环锂离子电池电解液，其特征在于：包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；所述功能添加剂的各组分及其在电解液中的质量百分含量为：碳酸亚乙烯酯0.5％～2.5％、双草酸硼酸锂0.5％～2％、双氟磺酰亚胺锂0.1％～2％、硫酸乙烯酯0.5％～2％、丁基磺酸内酯0.5％～2％。
3.根据权利要求2所述的长循环锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐在电解液中的浓度为0.1～2.0mol/L。
4.根据权利要求3所述的长循环锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂。
5.根据权利要求2所述的长循环锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂。
6.根据权利要求5所述的长循环锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为环状碳酸酯与链状碳酸酯的混合物，环状碳酸酯与链状碳酸酯的质量比为3:5～10。
7.根据权利要求6所述的长循环锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的混合物。
8.根据权利要求2所述的长循环锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解液中还含有浸润剂；所述浸润剂为卤代苯。
9.根据权利要求8所述的长循环锂离子电池电解液，其特征在于：所述浸润剂在电解液中的质量百分含量为0.5％～2％。
10.一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于：所述电解液为权利要求2-9中任一项所述的长循环锂离子电池电解液。
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