CN109524716A - 电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备 - Google Patents
电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109524716A CN109524716A CN201811540718.4A CN201811540718A CN109524716A CN 109524716 A CN109524716 A CN 109524716A CN 201811540718 A CN201811540718 A CN 201811540718A CN 109524716 A CN109524716 A CN 109524716A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyte
- compound
- positive electrode
- glycol dimethyl
- dimethyl ether
- 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
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 172
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 18
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 55
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 24
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- -1 nitrogen-containing organic compounds Chemical class 0.000 claims description 20
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 19
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 15
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 claims description 15
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 14
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- OBAJXDYVZBHCGT-UHFFFAOYSA-N tris(pentafluorophenyl)borane Chemical compound FC1=C(F)C(F)=C(F)C(F)=C1B(C=1C(=C(F)C(F)=C(F)C=1F)F)C1=C(F)C(F)=C(F)C(F)=C1F OBAJXDYVZBHCGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 11
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 9
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 7
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920001289 polyvinyl ether Polymers 0.000 claims description 6
- ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N tetraglyme Chemical compound COCCOCCOCCOCCOC ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2-oxide Chemical compound CC1COS(=O)O1 SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NVJBFARDFTXOTO-UHFFFAOYSA-N diethyl sulfite Chemical compound CCOS(=O)OCC NVJBFARDFTXOTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BDUPRNVPXOHWIL-UHFFFAOYSA-N dimethyl sulfite Chemical compound COS(=O)OC BDUPRNVPXOHWIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 claims description 4
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 claims description 4
- RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N triphenylphosphine Chemical compound C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WDXYVJKNSMILOQ-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2-oxide Chemical compound O=S1OCCO1 WDXYVJKNSMILOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VMCIKMLQXFLKAX-UHFFFAOYSA-N 1-methoxy-2-[2-[2-[2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethoxy]ethane Chemical compound COCCOCCOCCOCCOCCOCCOC VMCIKMLQXFLKAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- DMDPGPKXQDIQQG-UHFFFAOYSA-N pentaglyme Chemical compound COCCOCCOCCOCCOCCOC DMDPGPKXQDIQQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LTEHWCSSIHAVOQ-UHFFFAOYSA-N tripropyl borate Chemical compound CCCOB(OCCC)OCCC LTEHWCSSIHAVOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GCMBIWYUVPAPEG-UHFFFAOYSA-N tris(1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-yl) borate Chemical compound FC(F)(F)C(C(F)(F)F)OB(OC(C(F)(F)F)C(F)(F)F)OC(C(F)(F)F)C(F)(F)F GCMBIWYUVPAPEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide Chemical compound O=S1(=O)OCCO1 ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OQXNUCOGMMHHNA-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide Chemical compound CC1COS(=O)(=O)O1 OQXNUCOGMMHHNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RBBXSUBZFUWCAV-UHFFFAOYSA-N ethenyl hydrogen sulfite Chemical compound OS(=O)OC=C RBBXSUBZFUWCAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N ethenyl sulfate;hydron Chemical compound OS(=O)(=O)OC=C VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- XMJHPCRAQCTCFT-UHFFFAOYSA-N methyl chloroformate Chemical compound COC(Cl)=O XMJHPCRAQCTCFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims description 2
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MHYFEEDKONKGEB-UHFFFAOYSA-N oxathiane 2,2-dioxide Chemical compound O=S1(=O)CCCCO1 MHYFEEDKONKGEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ODHXBMXNKOYIBV-UHFFFAOYSA-N triphenylamine Chemical compound C1=CC=CC=C1N(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 ODHXBMXNKOYIBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FQLSDFNKTNBQLC-UHFFFAOYSA-N tris(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl)phosphane Chemical compound FC1=C(F)C(F)=C(F)C(F)=C1P(C=1C(=C(F)C(F)=C(F)C=1F)F)C1=C(F)C(F)=C(F)C(F)=C1F FQLSDFNKTNBQLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GEPJPYNDFSOARB-UHFFFAOYSA-N tris(4-fluorophenyl)phosphane Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1P(C=1C=CC(F)=CC=1)C1=CC=C(F)C=C1 GEPJPYNDFSOARB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 17
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 14
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 13
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 9
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 6
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 6
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 5
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 4
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N sulfonyldimethane Chemical compound CS(C)(=O)=O HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IRKHBNAABNTMHI-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethoxyethane;1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1.COCCOC IRKHBNAABNTMHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMMAVKBKCCDXHW-UHFFFAOYSA-N 1-methoxy-2-(2-methoxyethoxy)ethane;1-methoxy-2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]ethane Chemical compound COCCOCCOC.COCCOCCOCCOC UMMAVKBKCCDXHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XKTYXVDYIKIYJP-UHFFFAOYSA-N 3h-dioxole Chemical compound C1OOC=C1 XKTYXVDYIKIYJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- POZWIKFUFDWQBL-UHFFFAOYSA-N COCCOCCOCCOC.COCCOCCOC.COCCOC Chemical compound COCCOCCOCCOC.COCCOCCOC.COCCOC POZWIKFUFDWQBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010941 LiFSI Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 1
- HZRMTWQRDMYLNW-UHFFFAOYSA-N lithium metaborate Chemical compound [Li+].[O-]B=O HZRMTWQRDMYLNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NMHMDUCCVHOJQI-UHFFFAOYSA-N lithium molybdate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O NMHMDUCCVHOJQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 1
- IRDCEJVOXCGYAV-UHFFFAOYSA-M lithium;2-dodecylbenzenesulfonate Chemical compound [Li+].CCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1S([O-])(=O)=O IRDCEJVOXCGYAV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OWNSEPXOQWKTKG-UHFFFAOYSA-M lithium;methanesulfonate Chemical compound [Li+].CS([O-])(=O)=O OWNSEPXOQWKTKG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- KTQDYGVEEFGIIL-UHFFFAOYSA-N n-fluorosulfonylsulfamoyl fluoride Chemical compound FS(=O)(=O)NS(F)(=O)=O KTQDYGVEEFGIIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N trilithium borate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-] RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供了一种电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备，涉及电池领域，该电解液，包括溶剂、电解质和添加剂，以及离子受体化合物；所述离子受体化合物包括：用于与电解质中的阴离子结合的阴离子受体化合物，和/或，用于与电解质中的阳离子结合的阳离子受体化合物。利用该电解液能够缓解现有技术中制备高浓度电解液时需要使用特定溶剂的技术问题，达到在不改变电解液溶剂组成的情况下，提高电解液浓度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其是涉及一种电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备。
背景技术
二次电池如锂离子电池作为绿色储能器件，目前已经被广泛应用于各个领域。作为二次电池的重要组成部分，电解液对电池的性质有着决定性的影响。
最近的研究表明，相比于低浓度电解液，高浓度电解液展现出很多独特的性质。譬如，高浓度电解液能够抑制碳酸丙烯酯(PC)与锂离子共嵌石墨的现象，从而可以避免使用传统的EC溶剂，扩大了电解液溶剂的选择范围。同时，高浓度电解液能够增强电解液的氧化还原稳定性，从而提高电池的库伦效率以及循环性。此外，在不使用 LiPF6的情况下，高浓度电解液有助于抑制正极集流体铝箔的腐蚀，从而扩大了电解质的选择范围。
特别的，高浓度的电解液对于新型二次电池(如双离子电池)的容量和性能有着决定性的影响。采用高浓度的电解液，在提高双离子电池电化学性能的同时，降低电解液的体积，从而有利于获得高能量密度。譬如，当LiPF6的浓度由1M增加到4M时，阴离子插层石墨的电压会从4.45V下降到4.34V；相应的，双离子电池的比容量由54 mAh/g提高到84mAh/g。
目前，为了获得高浓度的电解液，通常采用的手段是采用新的溶剂或者新的电解质。新的溶剂包括乙腈，二甲基亚砜，水等极性溶剂，然而，这些溶剂的电化学窗口有限，而且还难以形成有效的固体-电解液界面(SEI)膜，难以满足高压下稳定充放电的目的。另外，采用新型的电解质，特别是含有机阴离子的电解质，包括双三氟甲磺酰亚胺盐(LiTFSI)，双氟磺酰亚胺盐(LiFSI)，双五氟乙磺酰亚胺 (LiBTFSI)等，能够获得高浓度的电解液，然而，此类含有有机阴离子的电解质难以有效的钝化正极集流体铝箔，同时成本往往较高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种电解液，以缓解至少上述所提及技术问题中的一个。
本发明的第二目的在于提供一种电解液的制备方法，以达到在不改变电解液溶剂组成的情况下，提高电解液浓度的目的。
本发明的第三目的在于提供一种包含上述电解液的二次电池。
本发明的第四目的在于提供一种包含上述二次电池的用电设备。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种电解液，包括溶剂、电解质和添加剂，以及离子受体化合物；
所述离子受体化合物包括：用于与电解质中的阴离子结合的阴离子受体化合物，和/或，用于与电解质中的阳离子结合的阳离子受体化合物。
一种电解液的制备方法，包括以下步骤：
将所述电解质、所述添加剂、所述离子受体化合物溶于所述溶剂中，得到所述电解液。
一种二次电池，包括正极、负极、介于所述正极与所述负极之间的隔膜和上述电解液。
一种用电设备，包括上述二次电池。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的电解液，是在传统电解液体系的基础上，通过引入离子受体化合物，用以结合电解中的阴离子或阳离子，降低电解质的解离能，促进电解质的溶解，从而提高电解液中电解质的溶解度，进而提高电解液的浓度。电解液浓度的提高，能够减少电解液中离子的配位数，增强电解液离子与溶剂分子的络合作用，抑制充放电过程中的副反应，从而提高电解液的稳定性，进而提升电池的性能。
本发明受体提出以离子受体化合物增加电解液中电解质溶解度的概念，为电解液浓度的提高提供了一种新的思路。经试验验证，通过添加离子受体化合物能够在原有组成体系的电解液的基础上，使电解液的浓度提高50％以上。
另外，本发明提供的电解液对电解液溶剂的选择没有任何限制，可用于现有各个体系组成的电解液中以提高电解液的浓度。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是：
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。
本发明中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～ 22”只是这些数值组合的缩略表示。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。
本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
一方面，本发明提供了一种电解液，包括溶剂、电解质和添加剂，以及离子受体化合物；
所述离子受体化合物包括：用于与电解质中的阴离子结合的阴离子受体化合物，和/或，用于与电解质中的阳离子结合的阳离子受体化合物。
本发明提供的电解液，是在传统电解液体系的基础上，通过引入离子受体化合物，用以结合电解中的阴离子或阳离子，降低电解质的解离能，促进电解质的溶解，从而提高电解液中电解质的溶解度，进而提高电解液的浓度。电解液浓度的提高，能够减少电解液中离子的配位数，增强电解液离子与溶剂分子的络合作用，抑制充放电过程中的副反应，从而提高电解液的稳定性，进而提升电池的性能。
本发明受体提出以离子受体化合物增加电解液中电解质溶解度的概念，为电解液浓度的提高提供了一种新的思路。经试验验证，通过添加离子受体化合物能够在原有组成体系的电解液的基础上，使电解液的浓度提高50％以上。
利用本发明提供的电解液中，以锂盐为例，电解质的浓度可以达到6.0mol/L；以钠盐为例，电解质的浓度可以达到3.2mol/L；以镁盐为例，电解质的浓度可以达到2.0mol/L；以钙盐为例，电解质的浓度可以达到2.4mol/L。
本发明的出发点在于克服现有电解液体系中只能使用特定的溶剂才能得到相对高浓度电解液的问题，且得到的高浓度电解液的浓度十分有限的问题。从而提供一种在不改变电解液溶剂组成的情况下，提高电解液的浓度，进而提升二次电池的电化学性能。因此，本发明提供的电解液对电解液溶剂的选择没有任何限制，可用于现有各个体系组成的电解液中以提高电解液的浓度。
本发明的电解液中，所述溶剂包括但不限于酯类有机溶剂、砜类有机溶剂、醚类有机溶剂或腈类有机溶剂，例如可以为碳酸丙烯酯 (PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2MeTHF)、1,3-二氧环戊烷(DOL)、三乙二醇二甲醚 (DG)、二甲基砜(MSM)、二甲醚(DME)、亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸丙烯脂(PS)、亚硫酸二甲脂(DMS)或亚硫酸二乙脂(DES) 等中的一种或至少两种的组合。
由此可见，通过添加能够与电解质中的阴离子结合的阴离子受体化合物和/或能够与电解质中的阳离子结合的阳离子受体化合物，可以选择常规的有机溶剂作为该高浓度电解液的溶剂，溶剂的选择不再受到特殊化的限制，可选择范围增加，有效解决了现有为提高电解液浓度只能选择特定的溶剂，而这些溶剂的电化学窗口往往又十分有限的问题，而且所选溶剂还难以形成有效的固体-电解液界面(SEI)膜，高压下稳定充放电性能差的问题。
另外，可以理解的是，本发明中的电解质为金属盐，包括但不限于为锂盐、钠盐、钾盐、钙盐、镁盐或铝盐。
以锂盐为例，锂盐例如可以为六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、十二烷基苯磺酸锂、偏硼酸锂、硼酸锂、钼酸锂、钨酸锂、甲基磺酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂或高氯酸锂等中的任意一种或至少两种的组合。
钠盐、钾盐、镁盐和钙盐，均可以选自常规的可以用于电解质的钠盐、钾盐、镁盐和钙盐，在此不再一一举例说明。
此外，本发明中的添加剂包括但不限于酯类添加剂、砜类添加剂、醚类添加剂、腈类添加剂以及烯烃类添加剂，优选为酯类添加剂。酯类添加剂例如可以为氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、硫酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、二甲基亚硫酸酯、二乙基亚硫酸酯、亚硫酸亚乙酯或氯代甲酸甲脂中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述阴离子受体化合物为含硼有机化合物，所述含硼化合物中的硼原子位于分子结构式的中心。
阴离子受体主要为以硼为中心的有机分子，硼作为缺电子中心，与阴离子表现出较强的相互作用，从而有利于电解质的解离。同时，由于阴离子受体中硼的周围接枝有三个有机官能团，因此其具有很好的溶解性。所述含硼有机化合物包括硼酸三丙酯、三(五氟苯基)硼烷 (简称为TPFPB)或硼酸三(六氟异丙基)酯中的至少一种。该含硼有机化合物典型但非限制性的例如可以为硼酸三丙酯、三(五氟苯基)硼烷、硼酸三(六氟异丙基)酯、硼酸三丙酯-三(五氟苯基)硼烷的组合或三(五氟苯基)硼烷-硼酸三(六氟异丙基)酯的组合等等。
在本发明的一些实施方式中，所述阴离子受体化合物的浓度为 0.05～1.5mol/L，优选为0.1～1.2mol/L，进一步优选为0.2～1mol/L。
通过优化阴离子受体化合物的浓度可以进一步提高阴离子受体化合物与电解质阴离子的结合量，从而进一步提高电解质在电解液中的溶解度。
上述实施方式中，阴离子受体化合物的浓度例如为0.05mol/L、 0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、 0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、 1.3mol/L、1.4mol/L或1.5mol/L。
在本发明的一些实施方式中，所述阳离子受体化合物包括1,3- 二氧戊环、乙二醇二甲醚、聚乙烯醚类化合物、含氮有机化合物或含磷有机化合物中的至少一种；其中，
所述含氮有机化合物中的氮原子位于分子结构式的中心；
所述含磷有机化合物中的磷原子位于分子结构式的中心。
阳离子受体主要包括1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚、聚乙烯醚类化合物、含氮有机化合物或含磷有机化合物。在这些化合物中，由于氧、氮、磷显示出富电子性，与阳离子表现出较强的相互作用，从而有利于电解质的解离。其中，所述聚乙烯醚类化合物包括二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、五乙二醇二甲醚或六乙二醇二甲醚中的一种或至少两种的组合；例如可以为1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、五乙二醇二甲醚、六乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环-乙二醇二甲醚的组合、二乙二醇二甲醚-三乙二醇二甲醚的组合、四乙二醇二甲醚-五乙二醇二甲醚的组合、乙二醇二甲醚-六乙二醇二甲醚的组合或者乙二醇二甲醚-二乙二醇二甲醚-三乙二醇二甲醚的组合等等。
其中，含氮有机化合物例如可以为三苯胺。含磷有机化合物例如可以为三苯基膦、三(五氟苯基)膦或三(4-氟苯基)磷化氢中的至少一种。
本发明中的阳离子受体化合物并非仅仅局限于聚乙烯醚类化合物、含氮有机化合物或含磷有机化合物，还可以为其他类型的物质，例如，1,3-二氧戊环或乙二醇二甲醚。
在本发明的一些实施方式中，所述阳离子受体化合物的浓度为 0.05～1.5mol/L，优选为0.1～1.2mol/L，进一步优选为0.2～1mol/L。
通过优化阳离子受体化合物的浓度可以进一步提高阳离子受体化合物与电解质的阳离子的结合量，从而进一步提高电解质在电解液中的溶解度。
第二方面，本发明提供了一种电解液的制备方法，包括以下步骤：
将所述电解质、所述添加剂和所述离子受体化合物溶于所述溶剂中，得到所述电解液。
利用该制备方法得到的电解液具备上述电解液的全部优点，在此不再赘述。
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法包括以下步骤：
S1)将添加剂和一部分电解质溶于溶剂中配置电解质的饱和溶液；
S2)将离子受体化合物加入步骤S1)所得的饱和溶液后，形成电解质的非饱和中间液；
S3)向步骤S2)所得的非饱和中间液中继续加入另一部分电解质至饱和状态，得到所述电解液。
先将一部分电解质溶于溶剂中制备电解质的饱和溶液，然后再加入离子受体化合物，用以结合电解中的阴离子或阳离子，以降低饱和溶液中电解质的解离能，促进电解质的溶解，从而提高了溶液对于电解质的溶解度，使得原本处于饱和状态的溶液再次处于非饱和状态，此时可以继续添加电解质至饱和状态。该制备方法可以最大限度的提高电解液的浓度，从而获得更高浓度的电解液。
第三方面，本发明提供了一种二次电池，包括正极、负极、介于所述正极与所述负极之间的隔膜和上述电解液。
由于上述电解液的浓度较高，因此具有较高的离子导电率，通过使用高浓度的电解液，可以提高电池的快速充放电能力。同时，通过使用高浓度的电解液，还可以提高电解液的氧化电位，使电解液具有较高的氧化还原稳定性，从而提高了二次电池的库仑效率和循环性。此外，对于双离子电池而言，采用高浓度的电解液，在提高双离子电池电化学性能的同时，可以降低电解液的体积，从而有利于使电池获得高能量密度。
本发明中的二次电池包括以传统的钴酸锂、磷酸铁锂或三元正极材料等为正极，以传统的石墨、金属氧化物或金属硫化物等为负极装配的锂离子电池，也包括新型二次电池，例如，双离子电池体系，锂硫电池和锂空电池等等。其中，双离子电池体系包括基于双石墨的锂基双离子电池体系，基于铝-石墨的锂基双离子电池体系，基于锡-石墨的钠基、钾基以及钙基双离子电池体系等。
本发明中的正极包括正极集流体和涂覆于正极集流体表面的正极材料层。其中，正极集流体为金属箔片，例如为铜箔、铝箔或涂炭铝箔。正极材料层中的正极活性材料可以根据电池的类型进行常规选择即可。正极活性材料可以为金属化合物正极材料，如：锂正极材料、钠正极材料、钾正极材料、镁正极材料等传统正极材料。例如，当二次电池为常规的钴酸锂、磷酸铁锂或三元锂电池时，正极活性材料可以为钴酸锂、磷酸铁锂或三元正极材料。又如，当二次电池为双离子电池时，正极活性材料可以为天然石墨或膨胀石墨等。
本发明中的负极的结构可以为负极集流体和负极活性材料组成的结构，也可以用单独的金属箔片作为负极。当二次电池为双离子电池时，负极为金属箔片，金属箔片的类型依据二次电池的类型进行选择。其中，金属箔片例如可以为铝、锡、锑、铋、硅或锗中的任一种或至少两种的组合。
本发明中并未对隔膜作出具体限定，例如可以为玻璃纤维、聚乙烯、聚丙烯或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的复合膜等。
第四方面，本发明提供了一种用电设备，包括上述二次电池。
其中，用电设备例如可以为电子装置、电动工具、电动车辆、电力储存系统。
在本发明实施方式的锂离子二次电池具有较高的工作电压、较好的循环稳定性和较高的比容量效果。在使用本发明实施方式的锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆、以及电力储存系统中也可以获得相同的效果。
其中，电子装置是使用锂离子电池作为操作的电源执行各种功能 (例如，演奏音乐)的电子装置。
电动工具是使用锂离子电池作为驱动电源来移动移动部件(例如，钻头)的电动工具。
电动车辆是依靠锂离子电池作为驱动电源运行的电动车辆，并且可以是除了锂离子电池之外还装备有其他驱动源的汽车(包括混合动力车)。
电力储存系统是使用锂离子电池作为电力储存源的电力储存系统。例如，在家用电力储存系统中，使电力储存在用作电力储存源的锂离子电池中，并且根据需要消耗储存在锂离子电池中的电力以能够使用诸如家用电子产品的各种装置。
下面将结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例是一种电解液，其制备过程如下：
S1)将0.608g LiPF6加入到1ml碳酸丙烯酯(PC)溶液中，同时在PC溶液中加入碳酸亚乙烯酯(VC)，配置成LiPF6浓度为4.5M 的饱和溶液，VC的加入量为饱和溶液的2wt％；
S2)在配置好的饱和溶液中，加入三(五氟苯基)硼烷(TPFPB) 形成电解质的非饱和中间液，其中，该非饱和中间液中TPFPB的浓度为0.2M；
S3)在非饱和中间液中加入过量的LiPF6配置成饱和溶液，得到 LiPF6的电解液。
实施例2～8
实施例2～8分别是一种电解液，采用与实施例1相同的制备方法制备得到。与实施例1相比不同之处在于，加入的三(五氟苯基)硼烷的浓度不同，其他与实施例1均相同。
对比例1
本对比例是一种电解液，采用与实施例1相同的制备方法制备得到。与实施例1相比不同之处在于，本对比例中未加入三(五氟苯基) 硼烷，其他与实施例1均相同。
实施例1～8以及对比例1的各电解液的原料组成列于表1。
表1 实施例1-8和对比例1的原料组成
分别利用实施例1-8和对比例1提供的电解液装配双离子电池，其中，以石墨作为正极活性材料，以金属铝箔作为负极，装配成纽扣电池。测试各组双离子电池的循环300次后的容量保持率以及库伦效率。测试电压范围为3-4.8V，测试温度在25±5℃，充放电倍率为2C。测试结果列于表2。
表2 测试结果
| 序号 | 循环次数 | 容量保持率 | 库伦效率 |
| 实施例1 | 300 | 80％ | 84％ |
| 实施例2 | 300 | 81％ | 86％ |
| 实施例3 | 300 | 83％ | 88％ |
| 实施例4 | 300 | 84％ | 90％ |
| 实施例5 | 300 | 88％ | 91％ |
| 实施例6 | 300 | 89％ | 92％ |
| 实施例7 | 300 | 90％ | 94％ |
| 实施例8 | 300 | 92％ | 95％ |
| 对比例1 | 300 | 79％ | 82％ |
从表2中的数据可以看出，随着离子受体化合物-TPFPB浓度的增加，电池循环300次后，容量保持率和库伦效率都逐渐提高。当 TPFPB浓度较小时，例如实施例1中的0.1M，与未加入TPFPB的对比例1相比，差别不大，但是当TPFPB加入量增大到0.3M时，容量保持率和库伦效率已有明显差异。说明TPFPB的加入对提高电池的循环性能有较大的影响。
实施例9
本实施例是一种电解液，其制备过程如下：
S1)将0.608g LiPF6加入到1ml碳酸甲乙酯(EMC)溶液中，同时在EMC溶液中加入碳酸亚乙烯酯(VC)，配置成LiPF6浓度为4M 的饱和溶液，VC的加入量为饱和溶液的2wt％；
S2)在配置好的饱和溶液中，加入三乙二醇二甲醚形成电解质的非饱和中间液，其中，该非饱和中间液中三乙二醇二甲醚的浓度为 0.1M；
S3)在非饱和中间液中加入过量的LiPF6配置成饱和溶液，得到 LiPF6的电解液。
实施例10～16
实施例10～16分别是一种电解液，采用与实施例9相同的制备方法制备得到。与实施例9相比不同之处在于，加入的三乙二醇二甲醚的浓度不同，其他与实施例9均相同。
对比例2
本对比例是一种电解液，采用与实施例9相同的制备方法制备得到。与实施例9相比不同之处在于，本对比例中未加入三乙二醇二甲醚，其他与实施例9均相同。
实施例9～16以及对比例2的各电解液的原料组成列于表3。
表3 实施例9～16以及对比例2的原料组成
分别利用实施例9～16以及对比例2提供的电解液装配双离子电池，其中，以石墨作为正极活性材料，以金属铝箔作为负极，装配成纽扣电池。测试各组双离子电池的循环300次后的容量保持率以及库伦效率。测试电压范围为3-4.8V，测试温度在25±5℃，充放电倍率为2C。测试结果列于表4。
表4 测试结果
从表4中的数据可以看出，随着离子受体化合物-三乙二醇二甲醚浓度的增加，电池循环300次后，容量保持率和库伦效率都逐渐提高。当三乙二醇二甲醚浓度为实施例9中的0.1M(0.1mol/L)，与未加入三乙二醇二甲醚的对比例2相比，容量保持率和库伦效率已有明显差异。说明三乙二醇二甲醚的加入对提高电池的循环性能有较大的影响。
实施例17
本实施例是一种电解液，其制备过程如下：
S1)将0.608g LiPF6加入到1ml碳酸乙烯酯(EC)/碳酸甲乙酯 (EMC)/二甲碳酸酯(DMC)组成的混合溶液中，其中，EC：EMC： DMC的体积比为1：1：1；
S2)在配置好的饱和溶液中，加入三乙二醇二甲醚形成电解质的非饱和中间液，其中，该非饱和中间液中三乙二醇二甲醚的浓度为 0.1M；
S3)在非饱和中间液中加入过量的LiPF6配置成饱和溶液，得到 LiPF6的电解液。
实施例18～24
实施例18～24分别是一种电解液，采用与实施例17相同的制备方法制备得到。与实施例17相比不同之处在于，加入的三乙二醇二甲醚的浓度不同，其他与实施例17均相同。
对比例3
本对比例是一种电解液，采用与实施例17相同的制备方法制备得到。与实施例17相比不同之处在于，本对比例中未加入三乙二醇二甲醚，其他与实施例17均相同。
实施例17～24以及对比例3的各电解液的原料组成列于表5。
表5 实施例17～24以及对比例3的原料组成
分别利用实施例17～24以及对比例3提供的电解液装配磷酸铁锂电池，其中，以磷酸铁锂作为正极活性材料，以石墨作为负极，装配成纽扣电池。测试各组磷酸铁锂电池的循环500次后的容量保持率以及库伦效率。测试温度在25±5℃，充放电倍率为1C。测试结果列于表6。
表6 测试结果
| 序号 | 循环次数 | 容量保持率 | 库伦效率 |
| 实施例17 | 500 | 91％ | 94％ |
| 实施例18 | 500 | 93％ | 94％ |
| 实施例19 | 500 | 94％ | 95％ |
| 实施例20 | 500 | 94％ | 96％ |
| 实施例21 | 500 | 95％ | 97％ |
| 实施例22 | 500 | 96％ | 98％ |
| 实施例23 | 500 | 97％ | 99％ |
| 实施例24 | 500 | 98％ | 99％ |
| 对比例3 | 500 | 90％ | 93％ |
从表6中的数据可以看出，随着离子受体化合物-三乙二醇二甲醚浓度的增加，电池循环500次后，容量保持率和库伦效率都逐渐提高。当三乙二醇二甲醚浓度为实施例17中的0.1M，容量保持率和库伦效率稍高于未加入三乙二醇二甲醚的对比例3相比中的数据，而随着三乙二醇二甲醚浓度的增加，容量保持率和库伦效率逐渐增大，当三乙二醇二甲醚浓度为实施例19中的0.3M，差异已非常明显。
通过上述试验说明，添加离子受体化合物无论是传统锂离子电池还是新型的双离子电池，都能提高电池的循环稳定性和库伦效率。
实施例25～35
实施例25～35分别是一种电解液，采用与实施例5相同的制备方法制备得到。与实施例5相比不同之处在于，加入的离子受体化合物的种类不同，其他与实施例5均相同。实施例25～35的各电解液的原料组成列于表7。
表7 实施例25～35的原料组成
分别利用实施例25～35提供的高浓度电解液装配双离子电池，其中，以石墨作为正极活性材料，以金属铝箔作为负极，装配成纽扣电池。测试各组双离子电池的循环300次后的容量保持率以及库伦效率。测试电压范围为3-4.8V，测试温度在25±5℃，充放电倍率为2C。测试结果列于表8。
表8 测试结果
| 序号 | 循环次数 | 容量保持率 | 库伦效率 |
| 实施例5 | 300 | 88％ | 91％ |
| 实施例25 | 300 | 80％ | 87％ |
| 实施例26 | 300 | 86％ | 90％ |
| 实施例27 | 300 | 82％ | 85％ |
| 实施例28 | 300 | 81％ | 88％ |
| 实施例29 | 300 | 83％ | 84％ |
| 实施例30 | 300 | 82％ | 84％ |
| 实施例31 | 300 | 83％ | 85％ |
| 实施例32 | 300 | 90％ | 93％ |
| 实施例33 | 300 | 83％ | 86％ |
| 实施例34 | 300 | 90％ | 89％ |
| 实施例35 | 300 | 79％ | 84％ |
| 实施例36 | 300 | 89％ | 95％ |
| 实施例37 | 300 | 91％ | 91％ |
| 实施例38 | 300 | 79％ | 86％ |
| 对比例1 | 300 | 79％ | 82％ |
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种电解液，其特征在于，包括溶剂、电解质和添加剂，以及离子受体化合物；
所述离子受体化合物包括：用于与电解质中的阴离子结合的阴离子受体化合物，和/或，用于与电解质中的阳离子结合的阳离子受体化合物。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述阴离子受体化合物为含硼有机化合物，所述含硼化合物中的硼原子位于分子结构式的中心；
优选地，所述含硼有机化合物包括硼酸三丙酯、三(五氟苯基)硼烷(TPFPB)或硼酸三(六氟异丙基)酯中的至少一种；
优选地，所述阴离子受体化合物的浓度为0.05～1.5mol/L，优选为0.1～1.2mol/L，进一步优选为0.2～1mol/L。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述阳离子受体化合物包括1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚、聚乙烯醚类化合物、含氮有机化合物或含磷有机化合物中的至少一种；其中，
所述含氮有机化合物中的氮原子位于分子结构式的中心；
所述含磷有机化合物中的磷原子位于分子结构式的中心；
优选地，所述聚乙烯醚类化合物包括二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、五乙二醇二甲醚或六乙二醇二甲醚中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述含氮有机化合物为三苯胺；
优选地，所述含磷有机化合物包括三苯基膦、三(五氟苯基)膦或三(4-氟苯基)磷化氢中的至少一种；
优选地，所述阳离子受体化合物的浓度为0.05～1.5mol/L，优选为0.1～1.2mol/L，进一步优选为0.2～1mol/L。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电解液，其特征在于，所述溶剂包括酯类有机溶剂、砜类有机溶剂、醚类有机溶剂或腈类有机溶剂；
优选地，所述电解质为金属盐，优选为锂盐、钠盐、钾盐、钙盐、镁盐或铝盐；
优选地，所述添加剂包括酯类添加剂、砜类添加剂、醚类添加剂、腈类添加剂以及烯烃类添加剂，优选为酯类添加剂；
优选地，所述酯类化合物包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、硫酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、二甲基亚硫酸酯、二乙基亚硫酸酯、亚硫酸亚乙酯或氯代甲酸甲脂中的至少一种。
5.一种权利要求1-4任一项所述的电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述电解质、所述添加剂和所述离子受体化合物溶于所述溶剂中，得到所述电解液。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)将添加剂和一部分电解质溶于溶剂中配置电解质的饱和溶液；
S2)将离子受体化合物加入步骤S1)所得的饱和溶液后，形成电解质的非饱和中间液；
S3)向步骤S2)所得的非饱和中间液中继续加入另一部分电解质至饱和状态，得到所述电解液。
7.一种二次电池，其特征在于，包括正极、负极、介于所述正极与所述负极之间的隔膜和权利要求1-4任一项所述的电解液。
8.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，所述负极为石墨或金属箔片；
优选地，所述金属箔片包括铝、锡、锑、铋、硅或锗中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体表面的正极材料层，其中所述正极材料层中的正极活性材料包括金属化合物正极材料、天然石墨或膨胀石墨。
10.一种用电设备，包括权利要求7-9任一项所述的二次电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811540718.4A CN109524716A (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811540718.4A CN109524716A (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109524716A true CN109524716A (zh) | 2019-03-26 |
Family
ID=65796205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811540718.4A Pending CN109524716A (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109524716A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111525191A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及电化学装置 |
| CN112864349A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-05-28 | 南京航空航天大学 | 一种带有保护层的负极及其制备方法、二次电池 |
| CN113823841A (zh) * | 2021-10-29 | 2021-12-21 | 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 | 一种电解液及其制备方法和应用 |
| US11367898B2 (en) | 2018-09-21 | 2022-06-21 | Ningde Amperex Technology Limited | Electrolyte and lithium ion battery including the same |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232021B1 (en) * | 1998-02-03 | 2001-05-15 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Nonaqueous secondary battery |
| CN104205473A (zh) * | 2012-04-20 | 2014-12-10 | 株式会社Lg化学 | 二次电池用电解质和包含所述电解质的锂二次电池 |
| CN104781978A (zh) * | 2012-11-23 | 2015-07-15 | 株式会社Lg化学 | 锂二次电池用电解液和包含其的锂二次电池 |
| CN104995785A (zh) * | 2013-02-18 | 2015-10-21 | 株式会社日本触媒 | 电解液及具备该电解液的锂离子二次电池 |
| CN105958110A (zh) * | 2016-06-14 | 2016-09-21 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及含有该电解液的二次电池 |
| CN108270035A (zh) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 浙江省化工研究院有限公司 | 一种含有高浓度锂盐的电池电解液 |
-
2018
- 2018-12-14 CN CN201811540718.4A patent/CN109524716A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232021B1 (en) * | 1998-02-03 | 2001-05-15 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Nonaqueous secondary battery |
| CN104205473A (zh) * | 2012-04-20 | 2014-12-10 | 株式会社Lg化学 | 二次电池用电解质和包含所述电解质的锂二次电池 |
| CN104781978A (zh) * | 2012-11-23 | 2015-07-15 | 株式会社Lg化学 | 锂二次电池用电解液和包含其的锂二次电池 |
| CN104995785A (zh) * | 2013-02-18 | 2015-10-21 | 株式会社日本触媒 | 电解液及具备该电解液的锂离子二次电池 |
| CN105958110A (zh) * | 2016-06-14 | 2016-09-21 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及含有该电解液的二次电池 |
| CN108270035A (zh) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 浙江省化工研究院有限公司 | 一种含有高浓度锂盐的电池电解液 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11367898B2 (en) | 2018-09-21 | 2022-06-21 | Ningde Amperex Technology Limited | Electrolyte and lithium ion battery including the same |
| CN111525191A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及电化学装置 |
| CN111525191B (zh) * | 2020-04-29 | 2022-07-05 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电解液及电化学装置 |
| CN112864349A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-05-28 | 南京航空航天大学 | 一种带有保护层的负极及其制备方法、二次电池 |
| CN113823841A (zh) * | 2021-10-29 | 2021-12-21 | 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 | 一种电解液及其制备方法和应用 |
| CN113823841B (zh) * | 2021-10-29 | 2023-11-28 | 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 | 一种电解液及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yuan et al. | Latest advances in high-voltage and high-energy-density aqueous rechargeable batteries | |
| CN103618111B (zh) | 一种离子液体电解液及含有该电解液的二次锂电池 | |
| KR101537142B1 (ko) | 전해액 첨가제, 상기 첨가제를 포함하는 비수성 전해액 및 리튬 이차 전지 | |
| CN110911752A (zh) | 一种低内阻的锂二次电池电解液及锂二次电池 | |
| CN104641496B (zh) | 电化学电池 | |
| CN104022310B (zh) | 锂离子二次电池及含有该电解液的锂离子电池 | |
| CN109524716A (zh) | 电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备 | |
| CN111326794B (zh) | 电解液、钙离子二次电池及其制备方法 | |
| CN105870501A (zh) | 一种高压功能电解液及其制备方法与应用 | |
| KR20180088908A (ko) | 고에너지 리튬 이온 전지용 전해질 조성물을 위한 시아노알킬 술포닐플루오라이드 | |
| CN105140558A (zh) | 一种锂离子电池高压电解液及其制备方法 | |
| CN114024036A (zh) | 一种低浓度锂离子电池电解液及其制备的锂离子电池 | |
| JP2020504434A (ja) | 高電圧電池用の電解質成分としてのピリジン三酸化硫黄錯体 | |
| CN113113668B (zh) | 电解液添加剂和含有该添加剂的非水电解液及锂离子电池 | |
| CN114156526A (zh) | 一种用于锂电池的高电压电解液 | |
| CN116706233A (zh) | 一种生物基锂电池添加剂、电解液和锂离子电池 | |
| CN110915052B (zh) | 用于锂电池的电解质组合物的杂环磺酰氟添加剂 | |
| CN105742711A (zh) | 一种电解液以及一种锂离子电池 | |
| CN115863764A (zh) | 锂离子电池用添加剂、锂离子电池和用电设备 | |
| CN105186035A (zh) | 一种能改善电解液高电压性能的添加剂及含有该添加剂的电解液 | |
| CN112349951B (zh) | 包含含硫锂盐衍生物添加剂的非水电解液及锂离子电池 | |
| CN115799628A (zh) | 一种非水电解液以及一种电池 | |
| CN112803075A (zh) | 锂离子电池高电压正极材料高浓度电解液 | |
| CN112186250B (zh) | 一种含双草酸磷酰亚胺锂的电解液及使用该电解液的锂离子电池 | |
| CN113193229B (zh) | 一种硅基电解液添加剂、电解液及锂离子电池 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190326 |