一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,尤其涉及一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。
背景技术
近年来,智能手机、平板电脑、蓝牙耳机等电子设备很大程度上改变了我们的日常生活,随着智能产品的多元化和功能的多样化,广大消费者对电子设备的电源续航能力要求也越来越高,因此提高锂离子电池能量密度受到研究人员的广泛关注。
锂离子电池能量密度的提升,一方面,依赖于电池充放电电压的提升;另一方面,依赖于高容量的正极或者负极的应用。不幸的是,不管是电池电压的提高还是新型正极或负极材料的应用,都会带来电解液严重分解的问题。目前,成膜电解液添加剂的应用是解决电解液分解的重要手段。但是,当前的成膜电解液添加剂往往难以同时兼顾高低温性能。因此,确有必要开发一种能满足高能量密度电池上应用的电解液,促进锂离子电池有更广泛的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种非水电解液,该电解液可以在正极材料和负极材料表面形成高锂离子导电性、高稳定性的界面膜,使得含有该非水电解液的锂离子电池具有高温循环寿命长、低温电化学性能优异的特点。
为了实现上述目的,本发明采取如下技术方案:
一种非水电解液,包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂。
进一步的,所述添加剂包括至少一种锂盐化合物和至少一种酸酐化合物,所述锂盐化合物占所述非水电解液总质量的0.1%-2%,所述酸酐化合物占所述非水电解液总质量的0.1%-5%。
进一步的,所述锂盐化合物为二氟双草酸磷酸锂和/或四氟草酸磷酸锂。
进一步的,所述酸酐化合物的结构式如式(I)示,其中,R1为CaFbHcOd;0≤a≤5;b≥0,c≥0,d≥0
进一步的,所述酸酐化合物为丁二酸酐、戊二酸酐、2-甲基马来酸酐和柠康酸酐的一种或几种的组合。
进一步的,所述非水有机溶剂占所述非水电解液总质量的68%~89.8%,所述非水有机溶剂包括环状溶剂和线型溶剂,所述环状溶剂和线型溶剂的质量比为1~2:3。
进一步的,所述环状溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁内酯和γ-戊內酯中的至少一种;所述线型溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、丙酸乙酯、1,1,2,3-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚中的至少一种。
进一步的,所述导电锂盐占所述非水电解液总质量的10%~25%,所述导电锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双草酸硼酸锂中的至少一种。
一种含有上述非水电解液的锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜和上述非水电解液。
本发明的有益效果:
本发明记载的非水电解液,所使用的锂盐添加剂可以在正极材料和负极材料表面形成含锂的有机物,该有机物具有高的离子导电性;同时,酸酐化合物在电极材料表面形成高稳定性的无机物,锂盐化合物和酸酐化合物的协同作用,使得含有该非水电解液的锂离子电池具有高温循环寿命长、低温电化学性能优异的特点。
具体实施方式
下面通过示例性的实施例对本发明进行进一步的阐述;但本发明的范围不应局限于实施例的范围,任何不偏离本发明主旨的变化或改变能够为本领域的技术人员所理解,都在本发明的保护范围以内。
具体实施方式一
一种非水电解液,包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂。
进一步的,所述添加剂包括至少一种锂盐化合物和至少一种酸酐化合物,所述锂盐化合物占所述非水电解液总质量的0.1%-2%,所述酸酐化合物占所述非水电解液总质量的0.1%-5%。
进一步的,所述锂盐化合物为二氟双草酸磷酸锂和/或四氟草酸磷酸锂。
进一步的,所述酸酐化合物的结构式如式(I)示,其中,R1为CaFbHcOd;0≤a≤5;b≥0,c≥0,d≥0
进一步的,所述酸酐化合物为丁二酸酐、戊二酸酐、2-甲基马来酸酐和柠康酸酐的一种或几种的组合。
进一步的,所述非水有机溶剂占所述非水电解液总质量的68%~89.8%,所述非水有机溶剂包括环状溶剂和线型溶剂,所述环状溶剂和线型溶剂的质量比为1~2:3。
进一步的,所述环状溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁内酯和γ-戊內酯中的至少一种;所述线型溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、丙酸乙酯、1,1,2,3-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚中的至少一种。
进一步的,所述导电锂盐占所述非水电解液总质量的10%~25%,所述导电锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双草酸硼酸锂中的至少一种。
一种含有上述非水电解液的锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜和上述非水电解液。
实施例1
一种非水电解液,包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂,所述非水有机溶剂占电解液总质量的84.9%,所述非水有机溶剂为环状溶剂碳酸乙烯酯和线型溶剂碳酸甲乙酯,所述碳酸乙烯酯和所述碳酸甲乙酯的质量比为1:2;所述导电锂盐占电解液总质量的10%,所述导电锂盐为六氟磷酸锂;所述添加剂为二氟双草酸磷酸锂和丁二酸酐,所述二氟双草酸磷酸锂占电解液总质量的0.1%,所述丁二酸酐占电解液总质量的5%。
一种含有上述非水电解液的锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜和所述非水电解液,所述正极片的正极材料为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2,所述负极片的负极材料为石墨材料。
实施例2
一种非水电解液,包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂,所述非水有机溶剂占电解液总质量的72.9%;所述非水有机溶剂为环状溶剂碳酸乙烯酯和线型溶剂碳酸甲乙酯,所述碳酸乙烯酯和所述碳酸甲乙酯的质量比为1:2;所述导电锂盐占电解液总质量的25%,所述导电锂盐为六氟磷酸锂;所述添加剂为四氟草酸磷酸锂和戊二酸酐,所述四氟草酸磷酸锂占电解液总质量的2%,所述戊二酸酐占电解液总质量的0.1%。
一种含有上述非水电解液的锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜和所述非水电解液,所述正极片的正极材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,所述负极片的负极材料为石墨材料。
实施例3
一种非水电解液,包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂,所述非水有机溶剂占电解液总质量的80%;所述非水有机溶剂包括环状溶剂和线型溶剂,所述环状溶剂为碳酸乙烯酯,所述线型溶剂为碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的组合,所述碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的质量比为1:1:1;所述导电锂盐占电解液总质量的15%,所述导电锂盐为六氟磷酸锂;所述添加剂为二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂和丁二酸酐,所述二氟双草酸磷酸锂占电解液总质量的0.5%,所述四氟草酸磷酸锂占电解液总质量的0.5%,所述丁二酸酐占电解液总质量的4%。
一种含有上述非水电解液的锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜和所述非水电解液,所述正极片的正极材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,所述负极片的负极材料为石墨材料。
实施例4
一种非水电解液,包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂,所述非水有机溶剂占电解液总质量的87%,所述导电锂盐占电解液总质量的12%,所述添加剂占电解液总质量的1%;所述非水有机溶剂包括环状溶剂和线型溶剂,所述环状溶剂为碳酸乙烯酯,所述线型溶剂为碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的组合,所述碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的质量比为1:1:1;所述导电锂盐为六氟磷酸锂;所述添加剂为二氟双草酸磷酸锂和丁二酸酐,所述二氟双草酸磷酸锂占电解液总质量的0.3%,所述丁二酸酐占电解液总质量的0.7%。
一种含有上述非水电解液的锂离子电池,包括正极片、负极片、隔膜和所述非水电解液,所述正极片的正极材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,所述负极片的负极材料为硅碳复合材料。
对比例1
本对比例所记载的非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池与实施例1相同,所不同的是,本对比例不使用二氟双草酸磷酸锂化合物,所述非水有机溶剂占电解液总质量的85%。
对比例2
本对比例的电解液的制备方法与实施例1相同,所不同的是,不使用丁二酸酐,所述非水有机溶剂占电解液总质量的89.9%。
对比例3
本对比例的电解液的制备方法与实施例2相同,所不同的是,不使用四氟草酸磷酸锂,所述非水有机溶剂占电解液总质量的74.9%。
对比例4
本对比例的电解液的制备方法与实施例2相同,所不同的是,不使用戊二酸酐,所述非水有机溶剂占电解液总质量的73%。
对比例5
本对比例的电解液的制备方法与实施例3相同,所不同的是,不使用丁二酸酐,所述非水有机溶剂占电解液总质量的84%。
对比例6
本对比例的电解液的制备方法与实施例3相同,所不同的是,不使用二氟双草酸磷酸锂和四氟草酸磷酸锂,所述非水有机溶剂占电解液总质量的81%。
实施例和对比例的应用实验:
45℃循环性能测试:为了测量使用本发明制得的锂离子的电池高温性能,进行以下操作:电池置于45℃下,2.75~4.35V,1C倍率下充放电循环测试。
低温放电性能测试:为了测量使用本发明制得的锂离子电池的低温性能,进行以下操作:将电池在常温下以0.5C 2.75-4.35V循环一周,放电容量记Q0;随后将电池常温下0.5C充电到4.35V后置于-30℃搁置4小时后以0.5C倍率放电,放电容量记Q1。放电容量保持率=(Q1/Q0)×100%
表1实施例和对比例的高温循环性能和低温放电测试结果:
由表1可以看出,当锂盐添加剂和酸酐化合物同时使用时,电池的高温循环稳定性和低温性能得到明显的提升,本发明采用锂盐添加剂和酸酐化合物组合制备的锂离子电池具有突出的高低温性能优势,主要表现在改善电池的高温循环容量保持率和提升电池低温放电容量保持率。实施例1-4明显优于其对比例。
因此应用本发明的非水电解液具有极高的高低温性能和使用寿命,具有极高的市场应用价值和社会效益。以上是针对本发明的可行实施例的具体说明,但并不能限制本发明的保护范围。