CN108520977A - 钛酸锂电池非水电解液 - Google Patents

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李立飞
任海
刘永
赵志华
王秀芳
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Abstract

本发明提供了一种钛酸锂电池非水电解液，包括：锂盐、碳酸酯类有机溶剂、长寿命功能添加剂、其他成膜添加剂，其中，锂盐组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：1mol/L～2mol/L；其他成膜添加剂组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：0mol/L～0.5mol/L；长寿命功能添加剂组分在钛酸锂电池非水电解液中的质量占比取值范围为：1％～5％。通过本发明的技术方案，提升了电解液在钛酸锂锂电池中的稳定性，达到了提高钛酸锂锂电池性能的效果。

Description

钛酸锂电池非水电解液
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种钛酸锂电池非水电解液。
背景技术
自从锂离子电池在1991年产业化以来，电池的负极材料一直是以石墨为主。钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多项优异的性能而受到重视。从20世纪90年代后期开始，比如钛酸锂材料在锂离子的镶嵌及脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，晶格常数变化很小(体积变化<l％)，这个“零应变”电极材料极大地延长了钛酸锂电池的循环寿命。另外钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，具有功率特性优异和高低温性能佳等优点。
但是钛酸锂材料电化学平台电位较高，约为1.55V(vs Li+/Li)，使用常规六氟磷酸锂电解液，在充放电过程中不易生成固体电解质相界膜(SEI膜)，钛酸锂与电解液组分发生界面反应导致产气，从而影响电池寿命。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提供一种有效抑制钛酸锂电池中钛酸锂与电解液组分反应、抑制钛酸锂电池气胀的钛酸锂电池非水电解液。
本发明的技术方案提供了一种钛酸锂电池非水电解液，包括：锂盐(A)、碳酸酯类有机溶剂(B)、长寿命功能添加剂(C)、其他成膜添加剂(D)，其中，锂盐(A)组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：1mol/L～2mol/L；其他成膜添加剂(D)组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：0mol/L～0.5mol/L；长寿命功能添加剂(C)组分在钛酸锂电池非水电解液中的质量占比取值范围为：1％～5％；长寿命功能添加剂(C)的结构式为：
R1基团、R2基团为亚甲基、卤代亚甲基、烷烃取代亚甲基中的任意一种，卤代亚甲基中的卤素为氟、氯、溴中的任意一种，卤代亚甲基包括部分卤素取代和全卤素取代，烷烃取代亚甲基中碳原子个数为1～2。
优选地，锂盐(A)为四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或几种。
优选地，碳酸酯类有机溶剂(B)为环状碳酸酯类化合物和/或链状碳酸酯类化合物。
优选地，环状碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)中的一种或几种；
链状碳酸酯类化合物为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。
优选地，其他成膜添加剂(D)为碳酸亚乙烯酯(VC)、1，4-丁磺酸内酯(BS)、1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)、1，3-(1-丙烯)磺内酯(PST)、硫酸乙烯酯(ES)中的一种或几种。
在该技术方案中，通过在电解质溶液中添加长寿命功能添加剂和其他成膜添加剂，利用其他成膜添加剂使锂电池在钛酸锂上形成稳定结构以及利用长寿命功能添加剂抑制电解液分解的协同作用，抑制钛酸锂材料与电解液的界面反应，提升电解液在钛酸锂锂电池中的稳定性，达到提高钛酸锂锂电池性能的效果。
优选地，长寿命功能添加剂(C)的R1基团、R2基团均为亚甲基，记作C1，具体结构式为：
在该技术方案中，长寿命功能添加剂(C)的R1基团、R2基团均为亚甲基，添加至电解液中，可使得使用该电解液的钛酸锂电池在80℃环境下14天存储产气率低至25％以下，进一步提升了钛酸锂电池非水电解液在钛酸锂电池中的稳定性，提升了钛酸锂电池的性能。
优选地，长寿命功能添加剂(C)的R1基团为亚甲基、R2基团为一氟代亚甲基，记作C2，具体结构式为：
在该技术方案中，长寿命功能添加剂(C)的R1基团为亚甲基、R2基团为一氟代亚甲基，添加至电解液中，可使得使用该电解液的钛酸锂电池在80℃环境下14天存储产气率低至25％以下，进一步提升了钛酸锂电池非水电解液在钛酸锂电池中的稳定性，提升了钛酸锂电池的性能。
优选地，长寿命功能添加剂(C1)组分在钛酸锂电池非水电解液中的质量占比为2％；锂盐(A)为六氟磷酸锂(LiPF6)，六氟磷酸锂(LiPF6)组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为1.5mol/L；其他成膜添加剂(D)为1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)，1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为0.1mol/L；碳酸酯类有机溶剂(B)为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物。
在该技术方案中，进一步优化了钛酸锂电池非水电解液的组分配比，可使得使用该电解液的钛酸锂电池在80℃环境下14天存储产气率低至16％，进一步提升了钛酸锂电池非水电解液在钛酸锂电池中的稳定性，提升了钛酸锂电池的性能。
优选地，长寿命功能添加剂(C2)组分在钛酸锂电池非水电解液中的质量占比为2％；锂盐(A)为六氟磷酸锂(LiPF6)，六氟磷酸锂(LiPF6)组分在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为1.5mol/L；其他成膜添加剂(D)为1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)，1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)在钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为0.1mol/L；碳酸酯类有机溶剂(B)为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物。
在该技术方案中，进一步优化了钛酸锂电池非水电解液的组分配比，可使得使用该电解液的钛酸锂电池在80℃环境下14天存储产气率低至20％，进一步提升了钛酸锂电池非水电解液在钛酸锂电池中的稳定性，提升了钛酸锂电池的性能。
优选地，钛酸锂电池非水电解液主要应用于钛酸锂型锂二次电池中。
通过以上技术方案，在电解质溶液中添加长寿命功能添加剂和其他成膜添加剂，利用其他成膜添加剂使锂电池在钛酸锂上形成稳定结构以及利用长寿命功能添加剂抑制电解液分解的协同作用，抑制钛酸锂材料与电解液的界面反应，提升电解液在钛酸锂锂电池中的稳定性，达到提高钛酸锂锂电池性能的效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了使用含长寿命功能添加剂非水电解液的钛酸锂电池与使用未含长寿命功能添加剂非水电解液的钛酸锂电池在55℃环境下6C倍率的循环测试结果比较图。
具体实施方式
本发明公开了一种钛酸锂电池非水电解液，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
本发明以表格的形式例举了1至24种钛酸锂电池非水电解液的组分含量、以及采用相应电解液的钛酸锂电池在80℃环境下的14天存储产气率(100％SOC)，详见下表1。其中第1～11个实施例是未添加长寿命功能添加剂C组分的对比实施例，第1～第24个实施例是钛酸锂电池在80℃环境下的14天存储产气率(100％SOC)。
表1电解液的组分含量及钛酸锂电池在80℃环境下的14天存储产气率
如图1所示，使用含长寿命功能添加剂非水电解液的钛酸锂电池与使用未含长寿命功能添加剂非水电解液的钛酸锂电池在6C倍率下的循环测试结果比较图，是采用按照表1中实施例14的钛酸锂电池非水电解液的组分含量，以及采用按照表1中实施例7中的钛酸锂电池非水电解液的组分含量配置的电解液的钛酸锂电池在55℃环境下6C倍率的循环测试结果比较，可见采用添加了长寿命功能添加剂非水电解液的钛酸锂电池，也即采用了本发明提出的钛酸锂电池非水电解液的钛酸锂电池的放电容量保持率更高。
由上述实施例可见，采用添加了长寿命功能添加剂非水电解液的钛酸锂电池，也即采用了本发明提出的钛酸锂电池非水电解液的钛酸锂电池，在80℃环境下的14天存储产气率更低，在55℃环境下6C倍率的循环测试中放电容量保持率更高，可见，本发明提出的钛酸锂电池非水电解液抑制了钛酸锂的产气，提升了电解液在钛酸锂电池中的稳定性，降低了锂电池容量衰减速度，进而提升了钛酸锂电池的性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，包括：
锂盐(A)、碳酸酯类有机溶剂(B)、长寿命功能添加剂(C)、其他成膜添加剂(D)，
其中，所述锂盐(A)组分在所述钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：1mol/L～2mol/L；
所述其他成膜添加剂(D)组分在所述钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度取值范围为：0mol/L～0.5mol/L；
所述长寿命功能添加剂(C)组分在所述钛酸锂电池非水电解液中的质量占比取值范围为：1％～5％；
所述长寿命功能添加剂(C)的结构式为：
所述R1基团、所述R2基团为亚甲基、卤代亚甲基、烷烃取代亚甲基中的任意一种，所述卤代亚甲基中的卤素为氟、氯、溴中的任意一种，所述卤代亚甲基包括部分卤素取代和全卤素取代，所述烷烃取代亚甲基中碳原子个数为1～2。
2.根据权利要求1所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述锂盐(A)为四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述碳酸酯类有机溶剂(B)为环状碳酸酯类化合物和/或链状碳酸酯类化合物。
4.根据权利要求3所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述环状碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)中的一种或几种；
所述链状碳酸酯类化合物为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述其他成膜添加剂(D)为碳酸亚乙烯酯(VC)、1，4-丁磺酸内酯(BS)、1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)、1，3-(1-丙烯)磺内酯(PST)、硫酸乙烯酯(ES)中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述长寿命功能添加剂(C)的所述R1基团、所述R2基团均为亚甲基，记作C1，具体结构式为：
7.根据权利要求1所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述长寿命功能添加剂(C)的所述R1基团为亚甲基、所述R2基团为一氟代亚甲基，记作C2，具体结构式为：
8.根据权利要求6所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述长寿命功能添加剂(C1)组分在所述钛酸锂电池非水电解液中的质量占比为2％；
所述锂盐(A)为六氟磷酸锂(LiPF6)，所述六氟磷酸锂(LiPF6)组分在所述钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为1.5mol/L；
所述其他成膜添加剂(D)为1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)，所述1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)在所述钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为0.1mol/L；
所述所述碳酸酯类有机溶剂(B)为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物。
9.根据权利要求7所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述长寿命功能添加剂(C2)组分在所述钛酸锂电池非水电解液中的质量占比为2％；
所述锂盐(A)为六氟磷酸锂(LiPF6)，所述六氟磷酸锂(LiPF6)组分在所述钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为1.5mol/L；
所述其他成膜添加剂(D)为1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)，所述1，3-(1-丙烯)磺内酯(PS)在所述钛酸锂电池非水电解液中的摩尔浓度为0.1mol/L；
所述所述碳酸酯类有机溶剂(B)为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的钛酸锂电池非水电解液，其特征在于，
所述钛酸锂电池非水电解液主要应用于钛酸锂型锂二次电池中。
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