CN109638355A

CN109638355A - 一种锂离子电池高温电解液

Info

Publication number: CN109638355A
Application number: CN201811529538.6A
Authority: CN
Inventors: 管利娜; 闫晓宾; 吕秀夯; 程树国; 杜昆
Original assignee: Henan Huarui New Material Co Ltd
Current assignee: Henan Huarui New Material Co Ltd
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池高温电解液，包括以下重量百分比的各原料：锂盐10‑18%，有机溶剂78‑85%，铵盐1‑5%，功能添加剂0.5‑10%。本发明的锂离子电池电解液在高温85°C时，50次循环容量保持率达到85.6%，在85°C高温搁置7天的容量保持率83.8%。相比较现有的锂离子电池，高温循环容量保持率以及高温贮存容量保持率都有显著的提高，大大增加了锂离子电池的应用范围，同时增强了锂离子电池的安全性能，减少了环境污染。

Description

一种锂离子电池高温电解液

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池高温电解液。

背景技术

锂离子电池具有高电压、高功率、高比能量、无记忆效应及环境友好等优点，被广泛用于数码、储能、动力和军用航空航天等领域，尤其是汽车领域有望取代石化燃料成为汽车的动力来源，对解决能源危机和环境污染问题具有重要意义，因而受到了各国政府和科研人员广泛关注，然而，锂离子电池适用的温度范围较窄，在高于60℃时电池容量衰减比较快，温度过高甚至可能发生燃烧或爆炸，具有极大的安全隐患，因此限制了锂离子电池的广泛应用。当锂离子电池大型化或作为动力电源使用时，电池的局部温度常会高于60℃，因而研究并提高锂离子电池的高温性能具有重要的现实意义。

目前商业化应用最广的是电解液体系为LiPF6的混合碳酸酯类溶液，该体系中的溶质LiPF6会在75℃时分解，对水较敏感，遇水易产生HF腐蚀集流体、SEI膜和电极活性物质，不仅使电池性能迅速衰减，而且对环境也会造成一定的污染，另外电池电解液中的溶剂沸点低、闪电低、易燃烧或爆炸，存在较大的安全问题。针对电解液的不足，急需开发具有较好热稳定性、耐高温的锂离子电池电解液，解决其高温安全问题，进而提高锂离子电池的应用广泛性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是克服现有锂离子电池高温环境下使用和贮存容量损失快的缺点，提供一种锂离子电池高温电解液，大大提高了锂离子电池的高温循环性能和高温贮存容量保持率，而且使用该锂离子电解液制作的电池安全可靠、节能环保。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池高温电解液，包括以下百分比的各原料：锂盐10-18%，有机溶剂78-85%，铵盐1-5%，功能添加剂0.5-10%。

优选的，所述锂离子电池高温电解液，包括以下百分比的各原料：锂盐14.5%，有机溶剂80%，铵盐5%，功能添加剂0.5%。

所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双乙二酸硼酸锂中的至少一种。

所述有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯四种物质的混合物。

优选的，所述碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的质量比约为1:2:1:3，采用该比例的各原料复配而成的有机溶剂具有沸点高、闪点高不易燃烧、稳定性能好等优点。

所述铵盐为亚胺盐，该亚胺盐选自丙亚胺、乙二胺四乙酰亚胺、N,N二甲基三氟乙酰胺，三氟甲烷磺酸亚胺锂、三氟甲基磺酸亚胺锂、双氟磺酸亚胺锂盐、N-亚硝基苯胲铵盐、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种。特别添加亚胺盐作为电解液耐高温的特殊材质，在一定程度上阻碍了电池正极材料在高温高压时结构发生损坏、金属离子在负极表面电极发生沉积，能有效的减少电解液在正负极表面的分解，提高了电解液的高温稳定性。

所述功能添加剂为亚硫酸乙烯酯、二甲基亚硫酸酯、亚硫酸丙烯酯、二乙基亚硫酸酯、1.3丙烷丙磺酸内脂、1.4烷磺酸内脂、甲基磺酸乙酯，甲基磺酸丁酯，碳酸亚乙烯酯，苯甲醚，1.2--三氟乙酰基乙烷，碳酸氯乙烯酯，12-冠-4醚，三甲基磷酸酯，三乙基膦酸酯，六甲基磷腈，二甲基溴化苯，乙腈，二甲基亚砜中的至少一种。

本发明与现有技术相比，本发明的锂离子电池电解液中提别添加亚胺盐作为电解液耐高温的特殊物质，在一定程度上阻碍了正极材料在高温高电压时结构发生损坏、金属离子在负极表面电极发生沉积的现象发生，从而有效的减少了电解液在正负极表面的分解，提高了锂离子电池在高温环境下的使用以及贮存性能。本发明的锂离子电池电解液在高温85°C时，50次循环容量保持率达到85.6%，在85°C高温搁置7天的容量保持率83.8%。相比较现有的锂离子电池，高温循环容量保持率以及高温贮存容量保持率都有显著的提高，大大增加了锂离子电池的应用范围，同时增强了锂离子电池的安全性能，减少了环境污染。

具体实施方式

为使本领域的技术人员对本发明更好地理解，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：

实施例1

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为1.5%的三氟甲烷磺酸亚胺锂和13%的六氟磷酸锂溶于83.5 %的有机溶剂 (碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂苯甲醚2%，混合均匀后制成电解液。

实施例2

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为1.9%的乙二胺亚胺和12.1%的六氟砷酸锂溶于76%的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂1.2-三氟乙酰基乙烷10%，混合均匀后制成电解液。

实施例3

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为2.5 %的双氟磺酸亚胺锂盐和13.5 %的高氯酸锂溶于79 %的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂碳酸氯乙烯酯5%，混合均匀后制成电解液。

实施例4

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为2%的四乙酰亚胺、3%的乙二胺和12%的六氟磷酸锂溶于83%的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂N,N-二甲基三氟乙酰胺5%，混合均匀后制成电解液。

实施例5

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为5%双三氟甲烷磺酰亚胺锂和14.5%的六氟磷酸锂溶于80%的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂12-冠-4醚0.5%，混合均匀后制成电解液。

实施例6

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为1% N,N二甲基三氟乙酰胺和18%的四氟硼酸锂溶于78%的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂12-冠-4醚3%，混合均匀后制成电解液。

实施例7

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为3%双三氟甲烷磺酰亚胺锂和10%的六氟磷酸锂溶于85%的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂12-冠-4醚2%，混合均匀后制成电解液。

实施例8

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数为4% N-亚硝基苯胲铵盐和13%的二氟草酸硼酸锂溶于82%的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂12-冠-4醚1%，混合均匀后制成电解液。

对比例1

一种锂离子电池高温电解液，将质量百分数12.5%的六氟磷酸锂溶于85.5%的有机溶剂（碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯质量比为1:2:1:3)中，加入功能添加剂二甲基溴化苯2%，混合均匀后制成电解液。

将实施例和比较例所述的电解液注入锰酸锂电池后，60°C高温实验数据如下：

由表中结果可见，由本发明实施例1〜8所述电解液制备的锂电池与对比例1电解液制备的锂电池相比较，可看出添加亚胺盐之后的电解液制备的锂电池在高温下的循环容量保持率以及搁置容量保持率均有较大的提高，其中实施例1、2、3、4以及6、7、8电解液相比比较例电解液，高温循环性能和高温贮存容量保持率提高幅度较实施例5的提高幅度小。实施例5电解液使用双三氟甲烷磺酰亚胺锂，85°C高温循环容量保持率及7天85°C高温搁置容量保持率得到显著提高。

应当理解的是，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员根据本发明内容所做的未脱离本发明内容的变化或者替换，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锂离子电池高温电解液，其特征在于：包括以下重量百分比的各原料：锂盐10-18%，有机溶剂78-85%，铵盐1-5%，功能添加剂0.5-10%。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池高温电解液，其特征在于：包括以下重量百分比的各原料：锂盐14.5%，有机溶剂80%，铵盐5%，功能添加剂0.5%。

3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池高温电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双乙二酸硼酸锂中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池高温电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯四种物质的混合物。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池高温电解液，其特征在于：所述碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的质量比为1:2:1:3。

6.根据权利要求1或2所述的锂离子电池高温电解液，其特征在于：所述铵盐为亚胺，该亚胺盐为丙亚胺、乙二胺四乙酰亚胺、N,N二甲基三氟乙酰胺，三氟甲烷磺酸亚胺锂、三氟甲基磺酸亚胺锂、双氟磺酸亚胺锂、N-亚硝基苯胲铵锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的锂离子电池高温电解液，其特征在于：所述功能添加剂为亚硫酸乙烯酯、二甲基亚硫酸酯、亚硫酸丙烯酯、二乙基亚硫酸酯、1.3丙烷丙磺酸内脂、1.4烷磺酸内脂、甲基磺酸乙酯，甲基磺酸丁酯，碳酸亚乙烯酯，苯甲醚，1.2--三氟乙酰基乙烷，碳酸氯乙烯酯，12-冠-4醚，三甲基磷酸酯，三乙基膦酸酯，六甲基磷腈，二甲基溴化苯，乙腈，二甲基亚砜中的至少一种。