CN108321433A - 一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液 - Google Patents

一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液 Download PDF

Info

Publication number
CN108321433A
CN108321433A CN201711338695.4A CN201711338695A CN108321433A CN 108321433 A CN108321433 A CN 108321433A CN 201711338695 A CN201711338695 A CN 201711338695A CN 108321433 A CN108321433 A CN 108321433A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ion battery
lithium
additive
carbonate
organic solvent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711338695.4A
Other languages
English (en)
Inventor
叶加久
厉运杰
宋红芳
郝虹阳
徐庆庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Gotion High Tech Power Energy Co Ltd
Original Assignee
Hefei Guoxuan High Tech Power Energy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Guoxuan High Tech Power Energy Co Ltd filed Critical Hefei Guoxuan High Tech Power Energy Co Ltd
Priority to CN201711338695.4A priority Critical patent/CN108321433A/zh
Publication of CN108321433A publication Critical patent/CN108321433A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液，涉及锂离子电池技术领域，所述添加剂为含供电子基团取代基的吡啶，且其分子结构中不含有强吸电子基团取代基。将该添加剂加入锂离子电池电解液中，能够提高电解液低温条件下的离子传输速率和降低电解液的凝固点，改善了锂离子电池低温下的放电容量、循环性能，同时增强了对正负极极片的浸润性。该添加剂在常温、高温情况下不影响电芯性能，对环境温和。

Description

一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液。
背景技术
近年来，由于对环境保护的要求越来越高以及政府加快了新能源汽车发展的相关政策的引导，世界多个国家公布了燃油车禁售令。在新能源汽车鼓励政策持续刺激下，市场需求倍增。但由于电池的使用环境差异大、地域跨度广，并且锂离子电池朝着航空领域发展，现有的锂电池电解液主要是由有机溶剂、锂盐及添加剂组成，大部分的体系在低温环境下导电性能更差，而目前锂离子电池的低温性能却无法满足要求。
电解液的作用是在电池正负极之间传导锂离子，是锂离子电池稳定性能的保证，其与正负极之间所形成的界面以及低温传输锂离子的能力很大程度上影响电池的不同温度下的性能。现阶段，电解液通常采用非水性的体系，包括有机溶剂电解液，即由高纯度的有机溶剂、锂盐、必要的添加剂等原料按照一定的比例配制而成。
常规电解液体系的锂离子电池在低温条件下，电解液粘度增大，电导率降低，常常会导致充放电容量低和析理等现象。这是由于电解液的本体溶剂会随着温度的降低，逐渐失去离子和电子的传输能力。如果仅仅通过增加低熔点、低粘度溶剂含量来改善这个问题，电池的低温性能确实能有所提高，但会无法兼顾其常温及高温性能。为解决这一难题，进一步拓宽锂电池的应用领域，迫切需要改善锂电池的低温放电性能。因此，开发一种具有较宽温度使用范围的电解液体系，尤其是兼顾低温能使用的电解液体系对于锂电池的循环寿命、储存寿命的提高都是具有十分重要的意义。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液，该添加剂能够显著改善锂离子电池低温下的放电容量、循环性能，且该添加剂在常温、高温情况下不影响电芯性能。
本发明提出的一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂，所述添加剂为含供电子基团取代基的吡啶，且其分子结构中不含有强吸电子基团取代基。
优选地，所述供电子基团取代基为烷基、羟基、烷酯基、吡啶、苯取代基中的至少一种；优选地，所述供电子基团取代基为碳数为1-8的烷基。
优选地，所述添加剂为2,6-二叔丁基吡啶(DTBP)、4-甲基吡啶(MBP)、4-乙基吡啶(EBP)、4,4'-二甲基-2,2'-联吡啶(DMDP)、2-羟乙基吡啶(PDE)、3-羟基-2-甲基吡啶(3-HMP)、2-羟基-5-甲基吡啶(2-HMP)、2-羟基-4-甲基吡啶(2-H-4MP)中的至少一种。
本发明还提出一种锂离子电池电解液，包括上述任一所述的添加剂。
优选地，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、添加剂和保护剂，其中，添加剂在电解液中浓度为0.1～0.5mol/L，保护剂在电解液中浓度为0～0.5mol/L。本发明中当添加剂的含量小于0.1mol/L时，效果不明显，当含量大于0.5mol/L时，电解液碱性过大，影响长期循环下正负电极材料结构稳定性。
优选地，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2中的至少一种。
优选地，所述有机溶剂为烷基碳酸酯类有机溶剂、硫代碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
优选地，所述烷基碳酸酯类有机溶剂为碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、1,4-丁内酯(GBL)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、烯丙基乙基碳酸酯(AEC)、烯丙基甲基碳酸酯(AMC)中的至少一种；优选地，所述硫代碳酸酯类有机溶剂为三硫代碳酸酯(TTC)、二硫代碳酸酯(DTC)中的至少一种；优选地，所述醚类有机溶剂为四氢呋喃(THF)、乙二醇二甲醚(EME)、丙二醇甲醚(PME)、乙二醇单甲醚(ME)、2-甲基四氢呋喃(MTHF)、1,3-二氧五环(DOL)、1,4-二氧六环(DOX)、二甲氧甲烷(DMM)中的至少一种。
优选地，所述保护剂包括SEI成膜保护剂和过充保护剂。
优选地，所述SEI成膜保护剂为三硫代碳酸亚乙烯酯(TSVC)、亚硫酸丙烯酯(PS)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯酯(EC)中的至少一种；优选地，所述过充保护剂为氧化还原对添加剂或电聚合添加剂。
有益效果：本发明中具有该结构的添加剂具有高导电率和小分子的低凝固点特性，在供电子基团及六元环共轭作用下，吡啶母核的氮原子带有负电趋势，能够与锂盐形成协同效应增强电解液的传输离子与电子的能力。烷基等疏水性的取代基与亲水性的亚胺基团或羟基具有双亲特性，容易和粘结剂中的卤素原子等产生氢键作用，降低电解液在界面的表面张力和聚集行为；而且吡啶环上的氮原子具有较大极性容易与金属原子产生配位作用，提高对极片的润湿能力，因此，界面间阻抗降低，锂离子的浓差极化减小，从而减小析锂机率，从而改善低温下的锂离子电池循环性能；另外，疏水性的取代基易与SEI膜中某些官能团形成氢键等分子间静电作用力，覆盖在SEI膜表面，相当于多了一层形成物理性的保护膜，能够有效的减小溶剂在负极表面还原；将该添加剂加入锂离子电池电解液中，能够提高电解液低温条件下的离子传输速率和降低电解液的凝固点，同时增强了对正负极极片的浸润性，显著改善了锂离子电池低温下的放电容量、循环性能，且该添加剂在常温、高温情况下不影响电芯性能，对环境温和。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1-10
实施例1-10中给出了含有添加剂的锂离子电池电解液的成分组成，并将电解液注入到铝壳38Ah三元NCM523体系锂离子电池中，分别在-10℃、25℃和50℃下循环200周后对其容量保持率进行测试，电解液成分和容量保持率测试数据见表1。
表1实施例1-10的电解液成分和容量保持率数据
从上表1可看出，本发明制备的电解液注入到铝壳38Ah三元NCM523体系锂离子电池中，在-10℃条件下循环200周相比较于未加入添加剂的电池，容量保持率最高增长在3％左右，并且在常温、高温下性能未受影响。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为含供电子基团取代基的吡啶，且其分子结构中不含有强吸电子基团取代基。
2.根据权利要求1所述的提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述供电子基团取代基为烷基、羟基、烷酯基、吡啶、苯取代基中的至少一种；优选地，所述供电子基团取代基为碳数为1-8的烷基。
3.根据权利要求2所述的提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为2,6-二叔丁基吡啶、4-甲基吡啶、4-乙基吡啶、4,4'-二甲基-2,2'-联吡啶、2-羟乙基吡啶、3-羟基-2-甲基吡啶、2-羟基-5-甲基吡啶、2-羟基-4-甲基吡啶中的至少一种。
4.一种锂离子电池电解液，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的添加剂。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、添加剂和保护剂，其中，添加剂在电解液中浓度为0.1～0.5mol/L，保护剂在电解液中浓度为0～0.5mol/L。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂为烷基碳酸酯类有机溶剂、硫代碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述烷基碳酸酯类有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、1,4-丁内酯、碳酸亚丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、烯丙基乙基碳酸酯、烯丙基甲基碳酸酯中的至少一种；优选地，所述硫代碳酸酯类有机溶剂为三硫代碳酸酯、二硫代碳酸酯中的至少一种；优选地，所述醚类有机溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、丙二醇甲醚、乙二醇单甲醚、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧五环、1,4-二氧六环、二甲氧甲烷中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述保护剂包括SEI成膜保护剂和过充保护剂。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述SEI成膜保护剂为三硫代碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯中的至少一种；优选地，所述过充保护剂为氧化还原对添加剂或电聚合添加剂。
CN201711338695.4A 2017-12-14 2017-12-14 一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液 Pending CN108321433A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711338695.4A CN108321433A (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711338695.4A CN108321433A (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108321433A true CN108321433A (zh) 2018-07-24

Family

ID=62891950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711338695.4A Pending CN108321433A (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108321433A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713302A (zh) * 2018-12-10 2019-05-03 江苏大学 一种超低温下可大倍率充放的锂离子电池及其制备方法
CN109980195A (zh) * 2019-03-11 2019-07-05 江苏大学 能在零下60℃正常工作的超低温锂离子电池的制备方法
CN111384445A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 财团法人工业技术研究院 电解质组成物及包含其的金属离子电池
CN111755747A (zh) * 2019-03-29 2020-10-09 比亚迪股份有限公司 一种非水电解液、含有该非水电解液的电池及含有该电池的车辆
CN114552005A (zh) * 2022-02-15 2022-05-27 湖北亿纬动力有限公司 一种电解液及其应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0346771A (ja) * 1989-07-14 1991-02-28 Sanyo Electric Co Ltd 非水系電解液電池
JPH07105977A (ja) * 1993-10-08 1995-04-21 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解液二次電池
JPH07220757A (ja) * 1994-02-07 1995-08-18 Fujitsu Ltd リチウム二次電池
JPH09106833A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Fujitsu Ltd リチウム二次電池用電解液及びリチウム二次電池
JPH09213348A (ja) * 1996-01-31 1997-08-15 Sanyo Electric Co Ltd 非水系電解液電池
US20060124973A1 (en) * 2004-12-14 2006-06-15 Juichi Arai Energy storage device, module thereof and electric vehicle using the same
CN1973397A (zh) * 2004-04-20 2007-05-30 德古萨公司 电解液组合物及其用作电化学储能系统的电解液材料的用途
CN104240968A (zh) * 2008-01-18 2014-12-24 株式会社Lg化学 含有低共熔混合物的电解质及包含该电解质的电化学装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0346771A (ja) * 1989-07-14 1991-02-28 Sanyo Electric Co Ltd 非水系電解液電池
JPH07105977A (ja) * 1993-10-08 1995-04-21 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解液二次電池
JPH07220757A (ja) * 1994-02-07 1995-08-18 Fujitsu Ltd リチウム二次電池
JPH09106833A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Fujitsu Ltd リチウム二次電池用電解液及びリチウム二次電池
JPH09213348A (ja) * 1996-01-31 1997-08-15 Sanyo Electric Co Ltd 非水系電解液電池
CN1973397A (zh) * 2004-04-20 2007-05-30 德古萨公司 电解液组合物及其用作电化学储能系统的电解液材料的用途
US20060124973A1 (en) * 2004-12-14 2006-06-15 Juichi Arai Energy storage device, module thereof and electric vehicle using the same
CN104240968A (zh) * 2008-01-18 2014-12-24 株式会社Lg化学 含有低共熔混合物的电解质及包含该电解质的电化学装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713302A (zh) * 2018-12-10 2019-05-03 江苏大学 一种超低温下可大倍率充放的锂离子电池及其制备方法
CN111384445A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 财团法人工业技术研究院 电解质组成物及包含其的金属离子电池
US11283110B2 (en) 2018-12-27 2022-03-22 Industrial Technology Research Institute Electrolyte composition and metal-ion battery employing the same
CN111384445B (zh) * 2018-12-27 2022-04-15 财团法人工业技术研究院 电解质组成物及包含其的金属离子电池
CN109980195A (zh) * 2019-03-11 2019-07-05 江苏大学 能在零下60℃正常工作的超低温锂离子电池的制备方法
CN109980195B (zh) * 2019-03-11 2022-05-17 江苏大学 能在零下60℃正常工作的超低温锂离子电池的制备方法
CN111755747A (zh) * 2019-03-29 2020-10-09 比亚迪股份有限公司 一种非水电解液、含有该非水电解液的电池及含有该电池的车辆
CN114552005A (zh) * 2022-02-15 2022-05-27 湖北亿纬动力有限公司 一种电解液及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108321433A (zh) 一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液
CN103000944B (zh) 一种兼顾高低温性能的锂离子电池电解液
CN102983358B (zh) 一种应用于磷酸铁锂锂离子电池的非水电解质溶液
CN113270643A (zh) 一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池
CN105576283A (zh) 一种兼顾高低温性能的高电压电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN102208683B (zh) 一种改善锂离子二次电池高温存储性能的电解液
US10008744B2 (en) Lithium ion battery and electrolyte thereof
CN106785044A (zh) 一种电解液及二次电池
CN108232300A (zh) 一种锂离子电池及其电解液
CN106159325B (zh) 一种锂离子电池用低温电解液及低温锂离子电池
CN105474452A (zh) 电池用非水电解液及锂二次电池
KR102463794B1 (ko) 전지용 비수 전해액 및 리튬 이차 전지
JP6368501B2 (ja) 電池用非水電解液、及びリチウム二次電池
CN103367801B (zh) 能提高锂离子电池高温性能的电解液
CN109585923A (zh) 一种锂电池电解液及其制备方法
US20190207259A1 (en) Non-aqueous electrolyte for lithium-ion battery, and lithium-ion battery
CN105261791A (zh) 一种超高温型高电压锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN108270034A (zh) 一种锂离子电池电解液
CN106099187A (zh) 一种宽温区均相非水电解质溶液
CN112216865A (zh) 一种锂金属电池电解液及锂金属电池
CN105633460A (zh) 锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池
WO2023045165A1 (zh) 电解液添加剂及含该添加剂的低温非水电解液和锂离子电池
CN103682440A (zh) 锂离子电池及其电解液
CN103384018B (zh) 一种减少钛酸锂电池产气量的电解液
CN109473721A (zh) 一种高电压电解液添加剂，高电压电解液和锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180724

RJ01 Rejection of invention patent application after publication