CN110148784A - 一种电解液及使用该电解液的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
一种电解液及使用该电解液的锂离子电池，属于锂离子电池材料技术领域。所述电解液，包括非水有机溶剂和导电锂盐；还包括占电解液总重量0.1％～10％的负极成膜添加剂、占电解液总重量0.1％～10％的正极成膜添加剂、占电解液总重量0.1％～5％的抑制胀气添加剂和占电解液总重量0.1～10％的低阻抗添加剂。本发明电解液中有四类添加剂，负极成膜添加剂，其是保证电解液长循环性能；正极成膜添加剂抑制电解液在正极表面氧化分解，抑制正极活性材料中金属离子溶出；抑制胀气添加剂降低电池在循环和存储过程中产气风险；低阻抗添加剂能降低电池在循环和存储过程中阻抗的增加。通过四类添加剂组合使用，锂离子电池具有优异的电性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种电解液及使用该电解液的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池自从商业化以来，由于它的比能量高、循环性能好，被广泛用于数码、储能、动力、军用航天和通讯设备等领域。随着锂离子电池的广泛应用，消费者对电池存储和循环寿命提出更高的要求。电解液作为锂离子电池的重要组成部分，其对锂离子电池性能影响巨大。对电解液中的添加剂进行优化和组合能够显著改善电池性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决锂离子电池的存储和循环寿命已不能满足现有需求的问题，提供一种电解液及使用该电解液的锂离子电池，该电解液存储和循环性能优异，使用该电解液的锂离子电池具有优异的电性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种电解液，包括非水有机溶剂和导电锂盐；所述的电解液还包括占电解液总重量0.1％～10％的负极成膜添加剂、占电解液总重量0.1％～10％的正极成膜添加剂、占电解液总重量0.1％～5％的抑制胀气添加剂和占电解液总重量0.1～10％的低阻抗添加剂。
一种使用上述电解液的锂离子电池，所述的锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液。
进一步地，所述正极的活性物质的结构式为：LiCoxL1-xO2，其中，L为Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La或Sr中的至少一种，0≤x≤1。
进一步地，所述锂离子电池充电截止电压≥4.2V。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明电解液中有四类添加剂，负极成膜添加剂，其能够保证电解液长循环性能；正极成膜添加剂能够抑制电解液在正极表面的氧化分解，抑制正极活性材料中金属离子的溶出；抑制胀气添加剂降低电池在循环和存储过程中的产气风险；低阻抗添加剂能降低电池在循环和存储过程中阻抗的增加。通过四类添加剂的组合使用，可以使锂离子电池具有更加优异的电性能。
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改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种电解液，包括非水有机溶剂和导电锂盐；所述的电解液还包括占电解液总重量0.1％～10％的负极成膜添加剂、占电解液总重量
0.1％～10％的正极成膜添加剂、占电解液总重量0.1％～5％的抑制胀气添加剂和占电解液总重量0.1～10％的低阻抗添加剂。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种电解液，所述负极成膜添加剂为氟代环状碳酸酯。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种电解液，所述的氟代环状碳酸酯为具有以下结构式的化合物中的至少一种：
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种电解液，所述正极成膜添加剂为具有2个以上腈基官能团的腈类化合物。
具体实施方式五：具体实施方式四所述的一种电解液，所述腈类化合物为丁二腈、已二腈、1，3，6-己烷三腈、戊二腈和乙二醇双(丙腈)醚中的至少一种。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种电解液，所述抑制胀气添加剂为四乙烯基硅烷、马来酸酐、丁二酸酐、2-甲基马来酸酐和邻苯二甲酸酐中的至少一种。
具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种电解液，所述低阻抗添加剂为二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯的至少一种。
具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种电解液，所述电解液还包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、1，4-丁磺酸内酯或丙烯基-1，3-磺酸内酯中的一种。
具体实施方式九：具体实施方式一所述的一种电解液，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丙酸乙酯(PA)、环丁砜、正丁砜中的至少一种。
具体实施方式十：具体实施方式一所述的一种电解液，所述导电锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)的至少一种。
具体实施方式十一：具体实施方式十所述的一种电解液，所述导电锂盐浓度范围为0.5～2mol/L。
具体实施方式十二：一种使用具体实施方式一至十一任一具体实施方式所述电解液的锂离子电池，所述的锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液。
具体实施方式十三：具体实施方式十二所述的锂离子电池，所述正极的活性物质的结构式为：LiCoxL1-xO2，其中，L为Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La或Sr中的至少一种，0≤x≤1。
具体实施方式十四：具体实施方式十二所述的锂离子电池，所述锂离子电池充电截止电压≥4.2V。
对比例1
将溶剂碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯按质量比2:5:3混合，按电解液总质量计算在混合液里面加入1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的丁二腈和1％的四乙烯基硅烷作为添加剂，最后加入13％六氟磷酸锂，得到对比例1电解液。将电解液注入包含正极片、负极片和隔膜的未注液的电芯中，制成锂离子电池，得到对比例1电池。
对比例2
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的丁二腈和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
对比例3
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的四乙烯基硅烷和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
对比例4
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的丁二腈、1％的四乙烯基硅烷和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例1
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的已二腈、1％的四乙烯基硅烷和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例2
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的丁二腈、1％的马来酸酐和1％的硫酸乙烯酯作为添加剂。
实施例3
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的1，3，6-己烷三腈、1％的2-甲基马来酸酐和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例4
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的1，3，6-己烷三腈、1％的邻苯二甲酸酐和1％的硫酸乙烯酯作为添加剂。
实施例5
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的戊二腈、1％的2-甲基马来酸酐和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例6
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的乙二醇双(丙腈)醚、1％的2-甲基马来酸酐和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例7
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的已二腈、1％的2-甲基马来酸酐和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例8
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的已二腈、1％的2-甲基马来酸酐和1％的硫酸乙烯酯作为添加剂。
实施例9
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的丁二腈、1％的2-甲基马来酸酐和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例10
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的丁二腈、1％的2-甲基马来酸酐和1％的二氟磷酸锂作为添加剂。
实施例11
采用对比例1所用的锂离子电池。不同的是电解液加入的添加剂为占电解液总重量1％的3，3，3-三氟碳酸丙烯酯、1％的乙二醇双(丙腈)醚、1％的2-甲基马来酸酐和1％的硫酸乙烯酯作为添加剂。
对以上对比例和实施例所得的锂离子电池进行电化学性能测试
高温存储实验：将实施例1～11和对比例1～4所得电池在室温下以1C的充放电倍率、3.0V～4.4V的充放电范围进行5次充放电循环测试，然后1C倍率充到满电状态。分别记录1C容量Q和电池厚度T0。将满电状态的电池在60℃下存储30天，记录电池厚度T和1C放电容量Q1，然后将电池在室温下以1C的倍率充放5周，记录1C放电容量Q2，计算得到电池高温存储容量保持率、容量回复率和厚度变化率等实验数据，记录结果如表1。
其中用到的计算公式如下：
循环测试：将实施例1～11和对比例1～4所得电池在室温下以1C/1C的充放电倍率、3.0V～4.4V的充放电范围进行充放电循环500次，记录循环放电容量并除以第1次循环的放电容量即得容量保持率，记录循环后电池厚度除以循环前电池厚度即得厚度变化率，记录结果表1。
表1实施例和对比例实验结果对比
由表1可以看出：使用本发明电解液的锂离子电池，存储性能和循环性能得到明显改善。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种电解液，包括非水有机溶剂和导电锂盐；其特征在于：所述的电解液还包括占电解液总重量0.1％～10％的负极成膜添加剂、占电解液总重量0.1％～10％的正极成膜添加剂、占电解液总重量0.1％～5％的抑制胀气添加剂和占电解液总重量0.1～10％的低阻抗添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述负极成膜添加剂为氟代环状碳酸酯。
3.根据权利要求2所述的一种电解液，其特征在于：所述的氟代环状碳酸酯为具有以下结构式的化合物中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述正极成膜添加剂为具有2个以上腈基官能团的腈类化合物。
5.根据权利要求4所述的一种电解液，其特征在于：所述腈类化合物为丁二腈、已二腈、1，3，6-己烷三腈、戊二腈和乙二醇双(丙腈)醚中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述抑制胀气添加剂为四乙烯基硅烷、马来酸酐、丁二酸酐、2-甲基马来酸酐和邻苯二甲酸酐中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述低阻抗添加剂为二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述电解液还包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、1，4-丁磺酸内酯或丙烯基-1，3-磺酸内酯中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、环丁砜、正丁砜中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述导电锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的一种电解液，其特征在于：所述导电锂盐浓度范围为0.5～2mol/L。
12.一种使用权利要求1～11任一权利要求所述电解液的锂离子电池，其特征在于：所述的锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液。
13.根据权利要求12所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极的活性物质的结构式为：LiCoxL1-xO2，其中，L为Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Mn、Y、La或Sr中的至少一种，0≤x≤1。
14.根据权利要求12所述的锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池充电截止电压≥4.2V。
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