CN107180997A - 一种锂电池电解液及锂电池 - Google Patents

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朱亚峰
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Abstract

本发明涉及一种锂电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述的功能添加剂包括马来酸酐以及添加剂S，所述的马来酸酐在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1～10％，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1～10％，所述的添加剂S为选自如下结构式所示物质中的一种或多种：

Description

一种锂电池电解液及锂电池
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂电池电解液及锂电池。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、比能量大、无污染、无记忆效应和长寿命等优点，被广泛用于移动电话、数码相机和笔记本电脑等便携式电器装置，同时作为石油的替代能源在电动车以及混合动力车上也将大规模的应用。
在使用例如天然石墨或人造石墨的高结晶度碳质材料作为负极的非水锂离子二次电池中，在充电阶段非水电解液溶剂的还原分解发生在负极的表面上。在该负极上的还原分解在反复充放电后发生，即使使用该电解液优选的溶剂如环状碳酸酯，例如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯也发生还原，从而影响锂离子电池的充放电效率和寿命，并且电池易鼓胀。特开2006-31948中提及三硫代碳酸酯能在负极形成SEI膜，抑制锂电池容量劣化以及电池膨胀的发生，但是增加锂电池首周充电时间，且电池在高温下性能劣化；JP1999067865中提及采用环状酸酐类物质，如顺丁烯二酸酐，具有高的充放电效率以及良好的循环性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对锂离子电池兼具缩短充电时间、提高常温循环性能和高温性能的锂电池电解液。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种采用上述电解液的锂电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明的一个目的是提供一种锂电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述的功能添加剂包括马来酸酐以及添加剂S，所述的马来酸酐在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1～10％，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1～10％，所述的添加剂S为选自如下结构式所示物质中的一种或多种：
上式中，R1表示为被卤素取代或者未被卤素取代的烷基、被卤素取代或者未被卤素取代的烯基、被卤素取代或者未被卤素取代的炔基；R2～R3独立地为H、被卤素取代或者未被卤素取代的烷基，其中：所述的卤素为F、Cl或Br，所述的取代为部分取代或者全取代。
优选地，所述的添加剂S为1,3-二硫酸-2-硫酮，其结构式为
优选地，所述的马来酸酐在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～5％，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～5％。
进一步优选地，所述的马来酸酐在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～3％，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～3％。
最优选地，所述的马来酸酐在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～1.5％，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为1.5～2.5％。
优选地，所述的添加剂S与所述的马来酸酐的投料质量比为1～3：1。
进一步优选地，所述的添加剂S与所述的马来酸酐的投料质量比为1.5～2.5：1。
优选地，所述的锂盐为选自LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3F、LiCF3SO3中的一种或几种的组合，所述的锂盐在所述的锂电池电解液中的摩尔浓度为0.001～2摩尔/升。
优选地，所述的有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂。
进一步优选地，所述的碳酸酯类有机溶剂为选自环状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合和/或链状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合；
所述的环状碳酸酯类化合物为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的一种或几种的组合；
所述的链状碳酸酯类化合物为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯中的一种或几种的组合。
进一步优选地，所述的醚类有机溶剂为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的一种或几种的组合。
根据一个优选地实施方式，所述的有机溶剂为质量比为1：0.5～1.5：0.5～1.5的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)的混合溶剂。
本发明的另一个目的是提供一种锂电池，包括正极、负极和电解液，所述的电解液为上述锂电池电解液。
优选地，所述的负极为选自人造石墨、天然石墨、石墨化纤维、石墨化中间相炭微球、富勒烯、无定型碳、硅纳米线材料、碳包覆放入硅纳米线材料中的一种或几种的组合。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
在锂离子电池中，非水电解液中三硫代碳酸酯在1.6V左右在负极上分解，形成负极SEI膜，但是该膜性能不稳定，高温下容易产气，且首周充电过程中，充电时间受三硫代碳酸酯的不稳定性影响充电时间较长；而马来酸酐作为负极成膜添加剂，具有改善SEI膜性能的特性，同时其能在三硫代碳酸酯分解之前提前分解成膜，改善三硫代碳酸酯在负极表面的分解，改善负极表面的SEI膜，在保证常温循环性能的前提下，降低锂电池首周充电时间，同时改善高温性能。
附图说明
附图1为实施例1、实施例5、实施例10以及实施例14制得的锂电池的时间-电压曲线对比图，其中，Blank代表的曲线为实施例1的曲线，S3代表的曲线为实施例5的曲线，MA代表的曲线为实施例10的曲线，MA+S3代表的曲线为实施例14的曲线。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
实施例1至14
电解液：锂盐为六氟磷酸锂，锂盐的摩尔浓度为1摩尔/升，电解液中的其他成分及用量参见表1。
负极：人造石墨，正极：钴酸锂材料，将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，实施例1、实施例5、实施例10、实施例14制得的锂电池的过充电电压曲线对比参见图1；测试各实施例制得的锂电池在循环充放电300次后的电池容量百分率；同时测试各实施例制得的锂电池在在高温85℃下搁置4h后的鼓胀率，结果参见表1，表1中S3为1,3-二硫酸-2-硫酮；MA为马来酸酐；SA:丁二酸酐；GA:戊二酸酐；CA:柠康酸酐。
表1
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂，其特征在于：所述的功能添加剂包括马来酸酐以及添加剂S，所述的马来酸酐在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1～10％，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1～10％，所述的添加剂S为选自如下结构式所示物质中的一种或多种：
上式中，R1表示为被卤素取代或者未被卤素取代的烷基、被卤素取代或者未被卤素取代的烯基、被卤素取代或者未被卤素取代的炔基；R2～R3独立地为H、被卤素取代或者未被卤素取代的烷基，其中：所述的卤素为F、Cl或Br，所述的取代为部分取代或者全取代。
2.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的添加剂S为1,3-二硫酸-2-硫酮。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的马来酸酐在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～5％，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～5％。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的添加剂S与所述的马来酸酐的投料质量比为1～3：1。
5.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的锂盐为选自LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3F、LiCF3SO3中的一种或几种的组合，所述的锂盐在所述的锂电池电解液中的摩尔浓度为0.001～2摩尔/升。
6.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂。
7.根据权利要求6所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的碳酸酯类有机溶剂为选自环状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合和/或链状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合；
所述的环状碳酸酯类化合物为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的一种或几种的组合；
所述的链状碳酸酯类化合物为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求6所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的醚类有机溶剂为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的一种或几种的组合。
9.一种锂电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于：所述的电解液为权利要求1至8中任一项所述的锂电池电解液。
10.根据权利要求9所述的锂电池，其特征在于：所述的负极为选自人造石墨、天然石墨、石墨化纤维、石墨化中间相炭微球、富勒烯、无定型碳、硅纳米线材料、碳包覆放入硅纳米线材料中的一种或几种的组合。
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