CN110148786B - 一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液及锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。所述的拓宽锂离子电池使用温度的电解液包括添加剂Y和添加剂A组成，所述的添加剂Y如结构式I所示，其中，R1、R2各自独立地分别为取代或未取代的C1～6烷基和烷氧基中的任一种。本发明的电解液中：添加剂Y能够在低电位下优先于溶剂被氧化，从而改善锂离子电池正极和电解液的界面性质，可以抑制高温下过渡金属离子的溶出，显著提高高温性能；添加剂A和添加剂Y能够在高电位优先溶剂被还原，共同形成高导锂离子的有机成分和高稳定性的无机成分复合的负极和电解液的界面性质，明显提高电池的锂离子电池的低温充电和高温性能；
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池因为循环性能好、工作电压高和对环境友好等无可替代的优点，已经应用在了生活中的各个领域，例如：手机、笔记本电脑、电动汽车、人工智能。同时，锂离子电池已经应用到气垫船、大型储能等户外设备中。因此，需要锂离子能在寒冷的冬天和炎热的夏天都能正常充电和放电。但是，现在普遍用的石墨负极材料由于嵌锂电位低，在低温或者大倍率充电时极易形成锂或者锂枝晶。
电解液中添加剂的使用是提高锂离子电池充电性能的有力手段。但是，目前使用的电解液添加剂具有高阻抗、充电电阻大、高温循环性能差等问题。因此，解决高能量密度锂离子电池的充电和高温循环性能是当前面临最大的挑战之一。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有锂离子电池低温充电性能和高温性能难以兼顾的问题，提供一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液及锂离子电池，该电解液能够同时提高锂离子电池的充电性能，且具有较好的高温性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，包括有机溶剂、添加剂和锂盐，所述添加剂包含添加剂Y和添加剂A；所述添加剂A为LiF、LiCl、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟草酸磷酸锂和二氟双草酸磷酸锂中的一种或几种的混合物，其用量占电解液总质量的0.1％～20％；所述添加剂Y的结构式如I所示：
其中，R1、R2各自独立地分别为C1～6烷基、烷氧基、取代C1～6烷基或取代烷氧基中的任一种。
一种含有上述的拓宽锂离子电池使用温度的电解液的锂离子电池，所述锂离子电池包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、隔膜和电解液。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明的电解液中：添加剂Y能够在低电位下优先于溶剂被氧化，从而改善锂离子电池正极和电解液的界面性质，可以抑制高温下过渡金属离子的溶出，显著提高高温性能；添加剂A和添加剂Y能够在高电位优先溶剂被还原，共同形成高导锂离子的有机成分和高稳定性的无机成分复合的负极和电解液的界面性质，明显提高锂离子电池的低温充电和高温性能。
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拓宽锂离子电池使用温度的电解液，包括有机溶剂、添加剂和锂盐，所述添加剂包含添加剂Y和添加剂A；所述添加剂A为LiF、LiCl、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟草酸磷酸锂和二氟双草酸磷酸锂中的一种或几种的混合物，其用量占电解液总质量的0.1％～20％；所述添加剂Y的结构式如I所示：
其中，R1、R2各自独立地分别为C1～6烷基、烷氧基、取代C1～6烷基或取代烷氧基中的任一种，具体地，取代C1～6烷基或取代烷氧基指的是C1～6烷基或烷氧基上的氢被其他元素取代后的基团。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，所述添加剂Y优选为以下物质中的一种：
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，所述添加剂Y的用量占电解液总重量的0.01％～8％。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，所述添加剂还包括3，3，3-三氟丙基碳酸酯，其用量占电解液总重量的0.1％～5％。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，所述有机溶剂为碳酸酯、羧酸酯和氟代醚中的一种或多种。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，所述锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的一种或多种，其用量占电解液总重量的8％～20％。
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拓宽锂离子电池使用温度的电解液的锂离子电池，所述锂离子电池包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、隔膜和电解液。
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电解液及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500周的容量保持率：容量保持率(％)＝Q2/Q×100％。
低温循环测试：把电池搁置在-20℃条件下，在2.8～4.2V的充放电压区间下使用0.5C电流进行充放电循环，记录初始容量为Q’，选循环至50周的容量为Q2’，由如下公式计算电池高温循环50周的容量保持率：容量保持率(％)＝Q2’/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/％ | 低温循环容量保持率/％ |
| 1 | 67.38 | 67.47 |
| 2 | 64.38 | 66.46 |
| 3 | 63.29 | 38.75 |
| 4 | 57.39 | 48.31 |
| 5 | 59.34 | 47.29 |
| 6 | 57.89 | 48.01 |
| 7 | 60.23 | 50.46 |
| 8 | 61.29 | 57.41 |
| 9 | 63.28 | 60.37 |
| 10 | 61.08 | 64.38 |
| 11 | 62.03 | 59.36 |
表4实施例实验测试结果
| 实施例 | 高温循环容量保持率 | 低温循环容量保持率 |
| 1 | 90.23 | 99.89 |
| 2 | 86.40 | 99.37 |
| 3 | 89.21 | 99.45 |
| 4 | 88.45 | 99.76 |
| 5 | 87.36 | 99.94 |
| 6 | 88.37 | 99.36 |
通过以上数据可以明显看出，添加剂Y和添加剂A联用对锂离子电池高温循环和低温性能都有明显的有利效果，本发明使用添加剂Y和添加剂A联用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循环性能和低温充电性能。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 (5)
1.一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，包括有机溶剂、添加剂和锂盐，其特征在于：所述添加剂包含添加剂Y和添加剂A；所述添加剂A为LiF、LiCl、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟草酸磷酸锂和二氟双草酸磷酸锂中的一种或几种的混合物，其用量占电解液总质量的0.1％～20％；所述添加剂Y的结构式如I所示：
其中，R1、R2各自独立地分别为C1～6烷基、烷氧基、取代C1～6烷基或取代烷氧基中的任一种；所述添加剂Y的用量占电解液总重量的0.01％～8％；所述添加剂还包括3，3，3-三氟丙基碳酸酯，其用量占电解液总重量的0.1％～5％。
2.根据权利要求1所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，其特征在于：所述添加剂Y为以下物质中的一种：
3.根据权利要求1所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸酯、羧酸酯和氟代醚中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种拓宽锂离子电池使用温度的电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的一种或多种，其用量占电解液总重量的8％～20％。
5.一种含有权利要求1～4任一权利要求所述的拓宽锂离子电池使用温度的电解液的锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、隔膜和电解液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 519180 No. 209 Pearl Peak Avenue, Jingan Town, Doumen District, Zhuhai City, Guangdong Province Applicant after: Zhuhai CosMX Battery Co.,Ltd. Address before: 519180 No. 209 Pearl Peak Avenue, Jingan Town, Doumen District, Zhuhai City, Guangdong Province Applicant before: ZHUHAI COSLIGHT BATTERY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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