CN107785610A - 锂二次电池电解液及其锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂二次电池电解液及其锂二次电池，包括有机溶剂、导电锂盐、苯腈类化合物和添加剂；所述苯腈类化合物具有如下式I结构，其中，R为F、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的C6～26芳基、C1～4腈基和C1～6烯基中的任一种。上述电解液通过在电解液中添加结构式(I)所示的苯腈类化合物，能结合过渡金属离子，改善正极材料表面，抑制电解液的分解，进而抑制胀气，提高电池的高温性能；而含锂类添加剂的加入能改善电池的低温性能，通过添加剂的联合作用，能显著改善电池的循环性能。

Description

锂二次电池电解液及其锂二次电池
技术领域
本发明涉及锂二次电池技术领域，特别是涉及一种锂二次电池用电解液及锂二次电池。
背景技术
锂二次电池自从商业化以来，由于它的比能量高、循环性能好，被广泛用于数码、储能、动力、军用航天和通讯设备等领域。
目前，商品化的锂二次电池电解液主要是以线型和环状碳酸酯为溶剂、以LiPF6为电解质，为锂离子在电池正负极之间的穿梭提供必要的保障。然而，LiPF6热稳定性较差，容易发生以下分解反应：LiPF6→LiF+PF5，PF5+H2O→2HF+POF3。生成的PF5与电解液中微量杂质反应引起电解液色度上升，并且生成的HF容易腐蚀电极材料，加速电解液的分解、恶化电解液，从而降低电池容量和循环稳定性。
研究表明，通过添加少量的添加剂，可以改善电极和电解液的界面性质，进而改善锂二次电池性能。氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、磺酸酯化合物和腈类化合物都具有较好的成膜特性，目前普遍应用于锂二次电池电解液中。如发明专利CN105140562A通过向电解液中添加苯二腈衍生物来改善电池循环和高温性能，减少胀气，但是大部分高温存储后的电池容量保持率和恢复率都低于80％，说明电池损害较大。CN104051786A将卤代苯腈类化合物作为电解液添加剂来改善电池高电压循环性能和高低温性能，但是并未具体列出该添加剂对电池的高低温性能改善效果，而且其循环性能改善效果也并不理想。
因此，开发能显著改善锂二次电池高温、低温和循环性能的电解液是锂二次电池领域重要的研究方向。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种能够提高锂二次电池高温和循环性能的电解液。
具体的技术方案如下：
一种锂二次电池电解液，包括有机溶剂、导电锂盐、苯腈类化合物和添加剂；所述苯腈类化合物具有如下式I结构：
其中，R为F、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的C6～26芳基、C1～4腈基和C1～6烯基中的任一种。
在其中一些实施例中，所述苯腈类化合物选自：
在其中一些实施例中，所述苯腈类化合物的添加量占电解液总质量的0.01-2.0％。
在其中一些实施例中，所述添加剂还包括双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和二氟磷酸锂(LiPO2F2)中的至少一种，占电解液总质量的0.10-5.00％。
在其中一些实施例中，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、丙酸甲酯(MP)、乙酸乙酯(EA)和丙酸丙酯(PP)中的至少一种，占电解液总质量的77.00-91.89％。
在其中一些实施例中，所述导电锂盐为LiPF6，占电解液总质量的8.00-16.00％。
本发明的另一目的是提供一种锂二次电池，包括上述锂二次电池电解液。
本发明的优点在于：
上述电解液通过在电解液中添加结构式(I)所示的苯腈类化合物，能结合过渡金属离子，改善正极材料表面，抑制电解液的分解，进而抑制胀气，提高电池的高温性能；而含锂类添加剂的加入能改善电池的低温性能，通过添加剂的联合作用，能显著改善电池的循环性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本发明所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本发明所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不在于限制本发明。
实施例及对比例中所涉及到的结构式(I)型添加剂：
表1、实施例
表2、对比例
测试实验
室温环境下测试电池在3.0～4.35V，1C倍率充放电的循环性能、60℃14天高温存储和-20℃0.2C放电性能。
高温存储实验：
将实施例1～9和对比例1～9所得电池在室温下以1C的充放电倍率进行5次充放电循环测试，然后1C倍率充到满电状态。分别记录1C容量Q和电池内阻T。将满电状态的电池在60℃下存储14天，记录电池内阻T0和1C放电容量Q1，然后将电池在室温下以1C的倍率充放5周，记录1C放电容量Q2，计算得到电池高温存储容量保持率、容量回复率和内阻变化率等实验数据，记录结果如表3。
其中用到的计算公式如下：
低温放电实验：
将实施例1～9和对比例1～9所得电池在室温下以1C倍率进行5次充放电循环，然后以1C倍率充到满电状态，记录1C容量Q0。将满电状态下的电池在-20℃下搁置4h后，以0.2C倍率放电到3V，记录放电容量Q3，计算可得低温放电容量保持率，记录结果如表3。
低温放电容量保持率计算方式为下式：
表3实施例和对比例实验结果对比
由表3可以看出：使用本发明电解液的锂二次电池的循环性能得到明显提高，而且电池的高温和低温性能也得到明显改善。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种锂二次电池电解液，其特征在于，包括有机溶剂、导电锂盐、苯腈类化合物和添加剂；所述苯腈类化合物具有如下式I结构：
其中，R为F、取代或未取代的C1～6烷基、取代或未取代的C6～26芳基、C1～4腈基和C1～6烯基中的任一种。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于，所述苯腈类化合物选自：
3.根据权利要求1或2所述的锂二次电池电解液，其特征在于，所述苯腈类化合物的添加量占电解液总质量的0.01-2.0％。
4.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于，所述添加剂选自双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和二氟磷酸锂中的至少一种，占电解液总质量的0.10-5.00％。
5.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯或丙酸丙酯中的至少一种，占电解液总质量的77.00-91.89％。
6.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于，所述导电锂盐为LiPF6，占电解液总质量的8.00-16.00％。
7.一种锂二次电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的锂二次电池电解液。
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