CN108063280B - 锂离子电池电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电解液，其包括电解质锂盐、有机溶剂和功能添加剂；所述功能添加剂包括六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷；所述有机溶剂包括三氟代碳酸丙烯酯和碳酸丙烯酯。本发明的技术方案中，功能添加剂对电极电学性能有明显的改善，包括充/放电容量升高，极化减小和倍率性能提高等；而且，在三氟代碳酸丙烯酯与碳酸丙烯酯的体积比为一定值时，电解液具有高离子导电性、低粘度、宽工作电压、宽液程温度范围和合适的成膜性。

Description

锂离子电池电解液
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池电解液。
背景技术
锂离子电池电解液是连接正、负电极的桥梁，在电池内部起着传输离子的作用，主要由锂盐、有机溶剂及添加剂组成。电解液的选择与电池的电压、容量、能量和功率等密切相关。锂离子电池电解液被称为电池的“血液”，电解液添加剂的使用相当于执行“血液注射”，使用较少的剂量就可以针对性地改变电池的某些性能，其中包括电极容量、倍率充放电性能、正负极匹配性能、循环性能和安全性能等。但是现有添加剂在提升锂离子电池性能水平上仍有待提高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种锂离子电池电解液，旨在解决现有添加剂对锂离子电池的电极容量、倍率充放电性能、正负极匹配性能、循环性能、安全性能的提升效果不显著的问题。
为实现上述目的，本发明提出的锂离子电池电解液包括电解质锂盐、有机溶剂和功能添加剂；所述功能添加剂包括六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷；所述有机溶剂包括三氟代碳酸丙烯酯和碳酸丙烯酯。
优选地，所述六氟磷酸银的浓度为0.1-1mol/L。
优选地，所述烯丙氧基三甲硅烷的浓度为0.1-1mol/L
优选地，所述三氟代碳酸丙烯酯占所述有机溶剂总质量的1%-30%。
优选地，所述碳酸丙烯酯占所述有机溶剂总质量的1%-80%。
优选地，所述三氟代碳酸丙烯酯和所述碳酸丙烯酯的体积比为1:2。
优选地，所述电解质锂盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟合硼酸锂和六氟合砷酸锂中的至少一种；
优选地，所述电解质锂盐的浓度为0.1-2.5mol/L。
优选地，所述有机溶剂还包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。
本发明的技术方案中，与现有锂离子电池中的添加剂及有机溶剂对锂离子电池性能的提升相比，添加有六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷的电解液中的电极的充放电容量升高，极化减小，倍率性能提高，甚至对电极的低温性能也有提高；在三氟代碳酸丙烯酯和碳酸丙烯酯的体积比为一定值时，石墨电极表现出高可逆容量和优异的倍率性能。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种锂离子电池电解液。
电解液配方一：锂离子电池电解液中锂盐包括高氯酸锂和六氟磷酸锂，高氯酸锂的浓度为0.5mol/L，六氟磷酸锂的浓度为0.5mol/L；有机溶剂包括三氟代碳酸丙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，其体积比为27：53：10：10；添加剂为六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷，六氟磷酸银的浓度为0.1mol/L；烯丙氧基三甲硅烷的浓度为0.1mol/L。
电解液配方二：锂离子电池电解液中锂盐包括高氯酸锂和六氟磷酸锂，高氯酸锂的浓度为0.5mol/L，六氟磷酸锂的浓度为0.5mol/L；有机溶剂包括三氟代碳酸丙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，其体积比为27：53：10：10；添加剂为六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷，六氟磷酸银的浓度为0.5mol/L；烯丙氧基三甲硅的烷浓度为0.5mol/L。
电解液配方三：锂离子电池电解液中锂盐包括高氯酸锂和六氟磷酸锂，高氯酸锂的浓度为0.5mol/L，六氟磷酸锂的浓度为0.5mol/L；有机溶剂包括三氟代碳酸丙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，其体积比为27：53：10：10；添加剂为六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷，六氟磷酸银的浓度为1mol/L；烯丙氧基三甲硅的烷浓度为1mol/L。
电解液配方四：锂离子电池电解液中锂盐包括高氯酸锂和六氟磷酸锂，高氯酸锂的浓度为0.5mol/L，六氟磷酸锂的浓度为0.5mol/L；有机溶剂包括三氟代碳酸丙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯，其体积比为2：6：1：1；添加剂为六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷，六氟磷酸银的浓度为0.1mol/L；烯丙氧基三甲硅烷的浓度为0.1mol/L。
实施例一
使用钴酸锂材料作为正极材料、人造石墨作为负极材料，负极单位面积的容量比正极过量10%到5%，设计成容量为8Ah的软包电池；使用本发明的电解液配方一作为锂电池电解液；在室温25℃的条件下，3.0-4.2V电压区间，实验测得软包电池的首次库伦效率为90.7%，钴酸锂的克容量为143 mAh/g。
在不同温度条件下的锂离子电池的钴酸锂可逆容量发挥及容量保持率如表1所示。
表1 含本发明功能添加剂的锂离子电池的可逆克容量及容量保持率
温度 20℃ 10℃ 0℃ -20℃
可逆容量 142 mAh/g 135 mAh/g 108 mAh/g 78 mAh/g
容量保持率 100% 92% 56% 14%
对照例一
使用钴酸锂材料作为正极材料、人造石墨作为负极材料，负极单位面积的容量比正极过量10%到5%，设计成容量为8Ah的软包电池；参照电解液配方一，去掉其中的六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷，以现有添加剂如维生素C、碳酸乙烯酯和磷酸组成的符合添加剂制作成电解液；在室温25℃的条件下，3.0-4.2V电压区间，实验测得软包电池的首次库伦效率为90.1%，钴酸锂的克容量为140 mAh/g。。
在不同温度条件下的锂离子电池的钴酸锂可逆容量发挥及容量保持率如表2所示。
表2 不含本发明功能添加剂锂离子电池的可逆克容量及容量保持率
温度 20℃ 10℃ 0℃ -20℃
可逆容量 140 mAh/g 131 mAh/g 100 mAh/g 70 mAh/g
容量保持率 100% 78% 41% 8%
实施例二
使用钴酸锂材料作为正极材料、人造石墨作为负极材料，负极单位面积的容量比正极过量10%到5%，设计成容量为8Ah的软包电池；使用本发明的电解液配方二作为锂电池电解液；在室温25℃的条件下，3.0-4.2V电压区间，实验测得软包电池的首次库伦效率为90.5%，钴酸锂的克容量为142 mAh/g。
在不同温度条件下的锂离子电池的钴酸锂的可逆克容量及容量保持率如表3所示。
表3 含本发明功能添加剂的锂离子电池的可逆克容量及容量保持率
温度 20℃ 10℃ 0℃ -20℃
可逆容量 141 mAh/g 136 mAh/g 110 mAh/g 84.1mAh/g
容量保持率 100% 91% 54% 13%
实施例三
使用钴酸锂材料作为正极材料、人造石墨作为负极材料，负极单位面积的容量比正极过量10%到5%，设计成容量为8Ah的软包电池；使用本发明的电解液配方三作为锂电池电解液；在室温25℃的条件下，3.0-4.2V电压区间，实验测得软包电池的首次库伦效率为90.4%，钴酸锂的克容量为143mAh/g。
在不同温度条件下的锂离子电池的可逆克容量及容量保持率如表4所示。
表4 含本发明功能添加剂的锂离子电池的可逆克容量及容量保持率
温度 20℃ 10℃ 0℃ -20℃
可逆容量 142 mAh/g 137 mAh/g 105 mAh/g 85.4mAh/g
容量保持率 100% 90% 51% 12%
实施例四
使用钴酸锂材料作为正极材料、人造石墨作为负极材料，负极单位面积的容量比正极过量10%到5%，设计成容量为8Ah的软包电池；使用本发明的电解液配方四作为锂电池电解液；在室温25℃的条件下，钴酸锂电极在 1C(140 mA/g) 电流密度下，3.0-4.2V电压范围内实验测得电解液中130圈的容量保持率是 99.8%，每圈的库伦效率均在 99%以上，首次充放电容量分别是171和142 mAh/g，首次库伦效率是83.0%；电极在0.1 C (14.0 mA/g) 电流密度下，3.0-4.4 V电压范围内测得电解液中首次充放电容量分别是174和145mAh/g，首次库伦效率是83.3%，在0.5、5、10和20C电流密度下的锂离子电池的容量保持率分别为 96，90.1，86.2和74.8%。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，包括电解质锂盐、有机溶剂和功能添加剂；所述功能添加剂包括六氟磷酸银和烯丙氧基三甲硅烷；所述有机溶剂包括三氟代碳酸丙烯酯和碳酸丙烯酯；所述三氟代碳酸丙烯酯和所述碳酸丙烯酯的体积比为1:2；所述电解质锂盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟合硼酸锂和六氟合砷酸锂中的至少一种；所述有机溶剂还包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。
2.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述六氟磷酸银的浓度为0.1-1mol/L。
3.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述烯丙氧基三甲硅烷的浓度为0.1-1mol/L。
4.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述三氟代碳酸丙烯酯占所述电解质锂盐总质量的1％-30％。
5.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述碳酸丙烯酯占所述电解质锂盐总质量的1％-80％。
6.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解质锂盐的浓度为0.1-2.5mol/L。
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