CN107565162A - 一种锂离子电池电解液 - Google Patents

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王振峰
饶睦敏
王海涛
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Abstract

一种锂离子电池电解液，锂离子电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂以及非离子表面活性剂；所述非离子表面活性剂由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚环氧乙烯醚、脂肪酸聚环氧乙烯酯、烷基酚聚环氧乙烯醚、聚环氧乙烯氟代烷基醇酰胺、12‑冠‑4醚和苯并冠醚中的一种或多种。由于所述非离子表面活性剂由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，具有很高的表面活性，能有效地降低溶液的表面张力。与离子型表面活性剂相比，非离子表面活性剂不电离成带电的阴阳离子，不受酸碱、盐等影响，及其不易在电极表面上强烈吸附发生电化学反应，因此，具有较高的化学与电化学稳定性。

Description

一种锂离子电池电解液
【技术领域】
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液。
【背景技术】
目前，电动汽车正在逐渐推广并在未来将具有广阔的前景。工信部发布的《锂离子电池行业规范条件》，对产品质量及性能方面提出一定的要求，其中能量型动力型电池，单体电池能量密度≥120Wh/kg，电池组能量密度≥85Wh/kg。目前国内新能源汽车主要使用的是磷酸铁锂动力电池，但磷酸铁锂动力电池的理论能量密度有限，例如圆柱型32650型铁锂单体电池要达到120Wh/kg，需要通过提高压实密度和面密度，将单体容量提高至5.5Ah，才能满足要求。但是，目前现有电解液体系与高压实密度和高面密度的电池材料的浸润特性较差，导致保液性较差，电池容量发挥、倍率循环性能偏差，不能满足能量型动力型电池要求。
鉴于此，实有必要提供一种新的锂离子电池电解液以克服以上缺陷。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于克服现有锂离子电池电解液与高压实密度和高面密度的电池材料的浸润特性较差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池电解液，锂离子电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂以及非离子表面活性剂；所述非离子表面活性剂由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚环氧乙烯醚、脂肪酸聚环氧乙烯酯、烷基酚聚环氧乙烯醚、聚环氧乙烯氟代烷基醇酰胺、12-冠-4醚和苯并冠醚中的一种或多种。
相比于现有技术，由于所述非离子表面活性剂由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，具有很高的表面活性，能有效地降低溶液的表面张力。与离子型表面活性剂相比，非离子表面活性剂不电离成带电的阴阳离子，不受酸碱、盐等影响，及其不易在电极表面上强烈吸附发生电化学反应，因此，具有较高的化学与电化学稳定性；另外非离子表面活性剂大部分呈液态状，与其它溶剂具有良好的相容性。
【附图说明】
图1为本发明优选实施方式提供的锂离子电池电解液中的非离子表面活性剂的分子结构图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提供一种锂离子电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂以及非离子表面活性剂；所述非离子表面活性剂由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚环氧乙烯醚、脂肪酸聚环氧乙烯酯、烷基酚聚环氧乙烯醚、聚环氧乙烯氟代烷基醇酰胺、12-冠-4醚和苯并冠醚中的一种或多种。
本发明的锂离子电池电解液，由于所述非离子表面活性剂由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，具有很高的表面活性，能有效地降低溶液的表面张力。与离子型表面活性剂相比，非离子表面活性剂不电离成带电的阴阳离子，不受酸碱、盐等影响，及其不易在电极表面上强烈吸附发生电化学反应，因此，具有较高的化学与电化学稳定性；另外非离子表面活性剂大部分呈液态状，与其它溶剂具有良好的相容性。
所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiCF3SO3、LiC(CF3SO2)3、LTFSI、LiFSI中的一种或几种的组合。所述锂盐的浓度为0.9mol/L～1.5mol/L。
所述非水有机溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯，优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)和丙酸乙酯(EP)中的一种或几种的任意混合。
所述添加剂包含碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)或氟代碳酸乙烯酯(FEC)等负极成膜剂中的任意一种或几种的组合，添加剂的质量占电解液总质量的0.1～2％。在其他实施方式中，其他具有相似功能的添加剂也适用。
所述的非离子表面活性剂的质量占所述锂离子电解液总质量的0.1～1％。所述脂肪醇聚环氧乙烯醚可以为氟代脂肪醇聚环氧乙烯醚；所述脂肪酸聚环氧乙烯酯可以为氟代脂肪酸聚环氧乙烯酯；所述烷基酚聚环氧乙烯醚可以为氟代烷基酚聚环氧乙烯醚。所述氟代脂肪醇聚环氧乙烯醚、氟代脂肪酸聚环氧乙烯酯、氟代烷基酚聚环氧乙烯醚、聚环氧乙烯氟代烷基醇酰胺、12-冠-4醚和苯并冠醚的分子结构式如图1所示。其中图1中的m值得范围为7≤m≤10；Rf为CF3-(CF2)n氟代烷基中的任意一种，n值的范围为：3≤n≤8；R为H、CH3-、C2H5-、C3H7-的任意一种。
对比例1：室温下，在充满氩气的手套箱中将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)按照质量比1:1进行混合，向其中添加质量百分含量为2％的碳酸亚乙烯酯(VC)，再加入六氟磷酸锂(LiPF6)溶解至浓度为1.0mol/L，制备成常规的液态电解液；
实施例1：按照与对比例1相同的方法制备电解液，不同之处在于添加0.2％12-冠-4醚。
实施例2：按照与对比例1相同的方法制备电解液，不同之处在于添加0.4％12-冠-4醚。
实施例3：按照与对比例1相同的方法制备电解液，不同之处在于添加0.6％12-冠-4醚。
实施例4：按照与对比例1相同的方法制备电解液，不同之处在于添加0.8％12-冠-4醚。
实施例5：按照与对比例1相同的方法制备电解液，不同之处在于添加1.0％12-冠-4醚。
制备正极材料为LiFePO4，负极材料为人造石墨的32650型(120Wh/kg)高比能量圆柱电池电芯，并用上述方法制备的电解液对电芯进行注液(并记录好注液时间)，组装成锂离子二次电池。
常温循环性能测试：以3C的电流恒流充电至3.65V，然后恒压充电至电流下降至0.03C，然后以3C的电流恒流放电至2.0V，按上述步骤循环300周，并计算容量保持率。
表1 实施例与对比例制备的锂离子电池的性能数据表
通过比较对比例1与实施例1～5电解液的注液时间，发现添加非离子表面活性剂可以有效地提高电解液的电导率、降低电池内阻和缩短电解液的下液时间，说明非离子表面添加剂可以改善电解液对隔膜的渗透性和对电极材料的浸润性，提高电芯的吸液量，对电池的循环性能起到有效的作用，循环300周放电保持率显著提高(由73％提高到92％)。
本发明的有益效果是：本发明改变了电解液的表面张力，提高电解液与极片、隔膜间的渗透性能；能有效改善压实密度和面密度设计过高，导致电解液下液困难，保液性较差，电池容量发挥、倍率循环性能偏差等问题，使得循环300周放电保持率显著提高；有利于促进新型高比能量锂离子电池的发展。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (9)

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂离子电池电解液包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂以及非离子表面活性剂；所述非离子表面活性剂由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚环氧乙烯醚、脂肪酸聚环氧乙烯酯、烷基酚聚环氧乙烯醚、聚环氧乙烯氟代烷基醇酰胺、12-冠-4醚和苯并冠醚中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的非离子表面活性剂的质量占所述锂离子电解液总质量的0.1～1％。
3.如权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述脂肪醇聚环氧乙烯醚为氟代脂肪醇聚环氧乙烯醚；所述脂肪酸聚环氧乙烯酯为氟代脂肪酸聚环氧乙烯酯；所述烷基酚聚环氧乙烯醚为氟代烷基酚聚环氧乙烯醚。
4.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiCF3SO3、LiC(CF3SO2)3、LTFSI、LiFSI中的一种或几种的组合。
5.如权利要求4所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐的浓度为0.9mol/L～1.5mol/L。
6.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯。
7.如权利要求6所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯和丙酸乙酯中的一种或几种的任意混合。
8.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂包含碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯或氟代碳酸乙烯酯中的任意一种或几种的组合。
9.如权利要求8所述的锂离子电池电解液，其特征在于：添加剂的质量占电解液总质量的0.1～2％。
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