CN110085911B - 非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。所述非水电解液包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂。添加剂由双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物组成。所述的双硼酸酯型化合物具有式(I)所示的结构通式：
其中，R1、R2各自独立地分别为取代或未取代的C1～6烷基、C2‑C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种，R3为取代或未取代的C1～20烷基、C2‑C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种。本发明的双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物在电化学的作用下可以形成含硫的硼酸酯中间体化合物，形成阻抗低且坚固的界面膜，从而提高电池的的高温和低温寿命。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体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，锂离子电池被广泛使用作为手机、相机、笔记本电脑等消费类数码产品的储能装置。但是，随着电子设备的多元化和功能的多样化，人们对电子设备的续航能力也越来越高。因此，提高锂离子电池的能量密度是当前的研究热点。
能量密度的提升，一方面是通过提高电池充电电压以获得更高的容量；另一方面是使用高容量的正极或者负极材料。不幸的是，不管是电池电压的提高还是新型高容量的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，当前的电解液添加剂往往难以同时兼顾高低温性能，例如：VC、VEC等具有好的高温性能但是其低温性能是无法弥补的。因此，确有必要开发一种能够应用在高能量密度电池上的电解液，促进锂离子电池有更广泛的使用，同时扩宽锂离子电池的使用温度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的电解液添加剂高低温性能不理想的问题，提供一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种非水电解液，包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂，所述的添加剂由双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物组成。
进一步地，所述的双硼酸酯型化合物具有式(I)所示的结构通式：
其中，R1、R2各自独立地分别为取代或未取代的C1～6烷基、C2-C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种，R3为取代或未取代的C1～20烷基、C2-C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种。
一种含有上述的非水电解液的锂离子电池，所述的锂离子电池包括非水电解液、正极片、负极片及隔膜。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明的非水电解液中的双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物在电化学的作用下可以形成含硫的硼酸酯中间体化合物，形成阻抗低且坚固的界面膜，使得电池具有优越的高温和低温寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种非水电解液，包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂，所述的添加剂由双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物组成。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的非水电解液，所述的双硼酸酯型化合物具有式(I)所示的结构通式：
其中，R1、R2各自独立地分别为取代或未取代的C1～6烷基、C2-C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种，R3为取代或未取代的C1～20烷基、C2-C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种。所述的未取代指的是没有被其他原子取代的烷基，即烷基的碳原子上连的都是H，所述的取代指的是被某些原子或者基团取代的烷基，例如F、CH3等。
具体实施方式三：具体实施方式一或二所述的非水电解液，所述的双硼酸酯型化合物为以下物质中的一种或几种：
所述的双硼酸酯型化合物的用量占非水电解液总质量的0.01％～8％。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的非水电解液，所述的含S＝O的化合物为甲烷二磺酸亚甲酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、1，4-丁磺酸内酯、乙烯磺酸内酯、1，3-丙烯磺酸内酯、1，4-丁烯磺酸内酯、1-甲基-1，3-丙烯磺酸内酯、二乙烯基砜、二甲基砜、二乙基砜、甲基乙基砜或甲基乙烯基砜中的一种或几种的混合物，其用量占非水电解液总质量的0.1％～10％。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的非水电解液，所述的非水有机溶剂由环状溶剂和线型溶剂组成，其中，所述的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-戊內酯中的一种或多种组合；所述的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、丙酸乙酯或1，1，2，3-四氟乙基-2，2，3，3-四氟丙基醚中的一种或多种组合。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的非水电解液，所述的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)亚胺锂或双草酸硼酸锂中的一种或多种，其互配总量为非水电解液总质量的8％～25％。
具体实施方式七：一种含有具体实施方式一至六任一具体实施方式所述的非水电解液的锂离子电池，所述的锂离子电池包括非水电解液、正极片、负极片及隔膜。
本发明中对比例和实施例的电解液和锂离子电池的实验信息如表1和表2，实验对应的测试结果见表3和表4。在没有特殊说明的情况下，有机溶剂的用量为除去下表1和2中所对应第3和4列所记载的含量之外的余量。具体地，对比例和实施例中的非水电解液和锂离子电池的制备过程均采用现有的制备工艺来制备。
表1对比例实验信息
表2实施例实验信息
对实施例和对比例中的锂离子电池进行高温循环和低温放电性能的测试，具体的测试条件如下：
高温循环测试：把电池搁置在45℃条件下，在2.8～4.2V的充放电压区间下使用1C电流进行充放电循环，记录初始容量为Q，选循环至500周的容量为Q2，由如下公式计算电池高温循环400周的容量保持率：容量保持率(％)＝Q2/Q×100
低温放电测试：把电池搁置在-20℃条件下储存4h，再以0.5C的电流放电至2.8V，记录室温25℃下1C放电容量为Q，选低温下放电容量为Q4，由如下公式计算电池低温放电容量保持率：容量保持率(％)＝Q4/Q×100
表3对比例实验测试结果
| 对比例 | 高温循环容量保持率 | 低温放电容量保持率 |
| 1 | 61.12％ | 43.29％ |
| 2 | 64.30％ | 56.98％ |
| 3 | 49.08％ | 52.98％ |
| 4 | 54.12％ | 35.91％ |
| 5 | 63.31％ | 56.36％ |
| 6 | 65.08％ | 47.42％ |
| 7 | 57.98％ | 60.33％ |
| 8 | 67.77％ | 61.96％ |
| 9 | 53.43％ | 43.72％ |
| 10 | 60.67％ | 52.48％ |
| 11 | 69.46％ | 50.79％ |
| 12 | 62.57％ | 53.27％ |
表4实施例实验测试结果
| 实施例 | 高温循环容量保持率 | 低温放电容量保持率 |
| 1 | 92.83％ | 71.91％ |
| 2 | 93.74％ | 77.77％ |
| 3 | 95.11％ | 73.86％ |
| 4 | 94.98％ | 76.47％ |
| 5 | 92.89％ | 75.16％ |
| 6 | 93.99％ | 78.83％ |
通过以上数据可以明显看出，双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物联用对锂离子电池高温循环和低温放电都有明显的有利效果，本发明使用双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物混合加入到电解液中具有突出的优势，主要表现在改善电池的高温和低温的电性能。实施例1～6明显优于其对比例，因此本发明的电解液制备的电池具有极高的耐用性能，具有极高的市场价值和社会效益。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。
Claims (6)
1.一种非水电解液，包括非水有机溶剂、导电锂盐和添加剂，其特征在于：所述的添加剂由双硼酸酯型化合物和含S＝O的化合物组成；所述的双硼酸酯型化合物为B1、B2、B3或具有式(I)所示的结构通式：
其中，R1、R2各自独立地分别为取代或未取代的C1～6烷基、C2-C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种，R3为取代或未取代的C1～20烷基、C2-C6烯基、烷氧基和羧基中的任一种。
2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的双硼酸酯型化合物为以下物质中的一种或几种：
所述的双硼酸酯型化合物的用量占非水电解液总质量的0.01％～8％。
3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的含S＝O的化合物为甲烷二磺酸亚甲酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、1，4-丁磺酸内酯、乙烯磺酸内酯、1，3-丙烯磺酸内酯、1，4-丁烯磺酸内酯、1-甲基-1，3-丙烯磺酸内酯、二乙烯基砜、二甲基砜、二乙基砜、甲基乙基砜或甲基乙烯基砜中的一种或几种的混合物，其用量占非水电解液总质量的0.1％～10％。
4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的非水有机溶剂由环状溶剂和线型溶剂组成，其中，所述的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-戊內酯中的一种或多种组合；所述的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、丙酸乙酯或1，1，2，3-四氟乙基-2，2，3，3-四氟丙基醚中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的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)亚胺锂或双草酸硼酸锂中的一种或多种，其互配总量为非水电解液总质量的8％～25％。
6.一种含有权利要求1～5任一权利要求所述的非水电解液的锂离子电池，其特征在于：所述的锂离子电池包括非水电解液、正极片、负极片及隔膜。
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