CN110212243B - 一种非水电解液及其在锂电池中的应用 - Google Patents

一种非水电解液及其在锂电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，该非水电解液包括锂盐、溶剂以及功能型添加剂，所述的功能型添加剂包括结构式1～5所示的任一项结构式化合物，此功能型添加剂不但具有成膜的作用，而且能够提供孤对电子以络合正极溶出的金属离子和其他金属杂质离子，避免金属离子沉积在负极而影响锂电池的安全性能和循环性能。本发明的锂电池包括电池壳、极芯和电解液，所述极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔膜，所述电解液为上述的非水电解液，具有高能量密度、高循环寿命、高安全性能的优点。

Description

一种非水电解液及其在锂电池中的应用
技术领域
本发明属于锂电池加工技术领域，具体涉及一种非水电解液及其在锂电池中的应用。
背景技术
锂电池是一种新型的绿色电池，具有高能量密度、无记忆效应等优点，其在3C产品、汽车工业等领域应用广泛。电解液是锂电池的“血液”，其对电池容量发挥、首次效率、工作电压、循环寿命、高温性能等性能有着极其重要的影响。随着锂电池应用范围的拓展，市场对锂电池性能的要求日益严苛，锂电池朝着高能量密度、高循环寿命、高安全性能的方向发展，这对电解液是一个苛刻的考验。
影响锂电池安全性能和循环寿命的因素有很多，如：1、活性材料的结构畸变和坍塌；2、正极金属离子溶出；3、水和氢氟酸对电池的腐蚀作用，以及对SEI膜的破坏作用。现有技术存在非水电解液，但存在阻抗较大、易产气的缺点，无法解决正极金属离子溶出并沉积在负极的问题，易造成微短路，使锂电池高温和循环性能变差，甚至出现安全风险。
鉴于此，需要研发一种新型的非水电解液，能够解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，该非水电解液能够络合金属杂质离子以及正极材料溶出的金属离子，并具有除水除酸的作用，从而提升锂电池的安全性能和循环性能。
本发明通过以下技术方案实现发明目的：
一方面，本发明提供了一种非水电解液，包括锂盐、溶剂以及功能型添加剂，所述的功能型添加剂包括结构式1～5所示的任一项化合物，结构式1～5如下所示：
Figure GDA0002147708650000011
Figure GDA0002147708650000021
上述功能型添加剂通过提供孤对电子以络合正极溶出的金属离子和其他金属杂质离子，防止金属离子沉积在负极，从而避免出现微短路的问题。此外，上述功能型添加剂具有除水除酸的作用，避免水和氢氟酸对电池的腐蚀作用，使得负极处形成稳定的SEI膜，提高了锂电池的安全性能和循环性能。优选的，按照质量百分比计算，所述的功能型添加剂含量占非水电解液的0.01～10％。
优选的，结构式1～5中，R1、R6、R11、R16以及R21的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基。
优选的，结构式1中R2～R5的取代基均选自包括碳原子数为1～4的烷基或氟代烷基。
优选的，结构式2中R7～R10的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基。
优选的，结构式3中的R12～R15、结构式4中的R17～R20以及结构式5的R22～R25均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基。
进一步的，所述的非水电解液还包括助剂，所述的助剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、氟代碳酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、甲基戊二腈、戊二腈、己烷三腈、三(三甲基硅基)硼酸酯以及三(三甲基硅基)磷酸酯中的一种或多种组合物。
进一步的，所述的锂盐为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiPF2O2、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3、LiN(S02F)2、LiDTI、LiBMB、LiBFMB、LiBMFMB、LiDFMFMB、LiDFEFMB以及LiDFPFMB中的一种或多种。
进一步的，所述的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁酸甲酯、丙酸丙酯以及正丁酸乙酯中的一种或多种。
另一方面，本发明提供了上述非水电解液在锂电池中的应用，具体为：一种锂电池，包括电池壳、极芯和电解液，所述极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔膜；所述电解液为上述的非水电解液。
进一步的，所述正极采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCo1-yMyO2、LiNi1-yMyO2、LiMn2- yMyO4和LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2中的一种或多种含锂过渡金属氧化物制备而成；其中，M选自元素Fe、Mg、Cu、Zn、Al以及Sn中的一种或多种，且x、y和z为0到1之间的任意值，x、y和z之和不大于1。
本发明的有益效果：
1、本发明提供了一种非水电解液，该非水电解液包括锂盐、溶剂以及功能型添加剂等成分，该功能型添加剂不但具有成膜的作用，而且能够提供孤对电子以络合正极溶出的金属离子和其他金属杂质离子，避免金属离子沉积在负极而影响锂电池的安全性能和循环性能，弥补了现有技术的不足之处；
2、该非水电解液具有除水除酸的作用，避免水和氢氟酸对电池的腐蚀作用，使得负极处形成稳定的SEI膜，相较于现有的非水电解液，阻抗较小，且不会产气，提高了锂电池的安全性能；
3、本发明公开了非水电解液在锂电池中的应用，该非水电解液尤其适用于高电压锂电池以及采用高镍材料制造的锂电池，具有高能量密度、高循环寿命、高安全性能的优点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例一
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。该非水电解液的组成成分包括锂盐、溶剂和功能性添加剂，不但具有辅助成膜的作用，而且能够有效地络合金属离子，防止金属离子沉积在负极，提升锂电池的耐高温性能和循环性能。
该非水电解液中的锂盐为六氟磷酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的混合物，碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的质量比为1：1：1。功能性添加剂的添加量为电解液总质量的0.5％，且功能性添加剂是如结构式1所示的化合物：
Figure GDA0002147708650000041
其中，R1的取代基选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为氟代亚甲基；R2～R5的取代基均选自包括碳原子数为1～4的烷基或氟代烷基，本实施例优选为氟代甲基。
该非水电解液的制备方法包括如下步骤:
S1、将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯按照质量比1：1：1混合均匀，制备得到非水电解液的溶剂；
S2、向制备好的溶剂中加入六氟磷酸锂，直至六氟磷酸锂在溶剂中的摩尔浓度为1mol/L，得到溶液A；
S3、向溶液A中添加功能性添加剂，添加量为电解液总质量的0.5％，得到非水电解液。
本实施例还公开了该非水电解液在锂电池中的应用，该非水电解液尤其适用于制造高电压锂电池以及高镍材料材质的锂电池。该锂电池包括电池壳、极芯和电解液，其中，极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔膜；所述电解液为本实施例所公开的非水电解液。该锂电池的制备方法具体包括如下步骤：
S1、制备锂电池的正极极片；
S2、制备锂电池的负极极片；
S3、将正极极片、负极极片和隔膜经卷绕、入壳、顶封、侧封工序后制成电芯；
S4、将非水电解液注入电芯中；
S5、对注液后的电芯进行化成、切边、分容等后续加工，得到锂电池。
对上述步骤需要说明的是，在步骤S1中，用于制备正极极片的活性材料包括锂镍钴锰氧化物LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、导电炭黑和作为粘结剂的聚偏二氟乙烯，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、将锂镍钴锰氧化物LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、导电炭黑和聚偏二氟乙烯按照质量比96：3：1混合，得到混合物B；
S1.2、将混合物B分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，得到正极浆料；
S1.3、对正极浆料依次进行涂布、分切、辊压、模切、点焊极耳等工序，得到正极极片；
S1.4、对正极极片进行性能测试，得到符合标准的良品。
在步骤S2中，用于制备负极极片的活性材料包括改性天然石墨、导电碳黑、作为粘结剂的丁苯橡胶和羧甲基纤维素，步骤S2包括如下步骤：
S2.1、将改性天然石墨、导电碳黑、作为粘结剂的丁苯橡胶和羧甲基纤维素按照质量比95：1.5：2：1.5混合，得到混合物C；
S2.2、将混合物C分散于去离子水中，得到负极浆料；
S2.3、对负极浆料依次进行涂布、分切、辊压、模切、点焊极耳等工序，得到负极极片；
S2.4、对负极极片进行性能测试，得到符合标准的良品。
在上述步骤S1.4和S2.4中，性能测试的方法均参照国标或行业标准进行，测试项目包括：高温储存性能测试、低温放电性能测试、循环性能测试。
在所述的步骤S4中，注液工序在水含量和氧含量均小于10ppm的手套箱中完成。
实施例二
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式2所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000061
R6的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为亚乙基；R7～R10的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基，优选为亚乙基。
电解液的制备方法同实施例一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例一。
实施例三
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式3所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000062
R11的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为二甲基砜；R12～R15的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为亚丙基。
电解液的制备方法同实施例一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例一。
实施例四
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式4所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000071
R16的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为亚丁基；R17～R20的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为亚丁基。
电解液的制备方法同实施例一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例一。
实施例五
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式4所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000072
R21的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为亚甲基；R22～R25的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为亚乙基。
电解液的制备方法同实施例一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例一。
对比例一
参照实施例一，但电解液中不添加功能性添加剂，其他成分组成与实施例一相同。电解液的制备方法以及锂电池的制备方法与实施例一相同。
将实施例一至实施例五和对比例一的锂电池进行性能检测，检测结果详见表1：
表1为实施例一至实施例五和对比例一的锂电池性能检测结果
Figure GDA0002147708650000081
由表1可知，实施例一至实施例五的锂电池相较于对比例一具有明显的竞争优势，添加了功能性助剂的电解液有利于提升锂电池的耐高温性能和循环寿命，并且促使锂电池在低温下无劣化作用。
实施例六
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。该非水电解液的组成成分包括锂盐、溶剂、功能性添加剂和其他助剂，不但具有辅助成膜的作用，而且能够有效地络合金属离子，防止金属离子沉积在负极，提升锂电池的耐高温性能和循环性能。
该非水电解液中的锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯的混合物，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯的质量比为2:1:2:3:2。其他助剂为1,3-丙烷磺内酯、氟代碳酸乙烯酯和丁二腈。按照电解液总质量的百分比计算，1,3-丙烷磺内酯的添加量为2％，氟代碳酸乙烯酯的添加量为2％，丁二腈的添加量为1％，二氟草酸硼酸锂的添加量为0.5％，功能性添加剂的添加量为电解液总质量的0.5％。功能性添加剂是如结构式1所示的化合物：
Figure GDA0002147708650000091
其中，R1的取代基选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为亚甲基；R2～R5的取代基均选自包括碳原子数为1～4的烷基或氟代烷基，本实施例优选为甲基。
该非水电解液的制备方法包括如下步骤:
S1、将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯的质量比为2:1:2:3:2混合均匀，制备得到非水电解液的溶剂；
S2、向制备好的溶剂中加入六氟磷酸锂，直至六氟磷酸锂在溶剂中的摩尔浓度为1mol/L，得到溶液D；
S3、按照配方比例向溶液D中添加功能性添加剂、其他助剂和二氟草酸硼酸锂，得到非水电解液。
本实施例还公开了该非水电解液在锂电池中的应用，该非水电解液尤其适用于制造高电压锂电池以及高镍材料材质的锂电池。该锂电池包括电池壳、极芯和电解液，其中，极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔膜；所述电解液为本实施例所公开的非水电解液。该锂电池的制备方法具体包括如下步骤：
S1、制备锂电池的正极极片；
S2、制备锂电池的负极极片；
S3、将正极极片、负极极片和隔膜经卷绕、入壳、顶封、侧封工序后制成电芯；
S4、将非水电解液注入电芯中；
S5、对注液后的电芯进行化成、切边、分容等后续加工，得到锂电池。
对上述步骤需要说明的是，在步骤S1中，用于制备正极极片的活性材料包括钴酸锂LiCoO2、导电炭黑和作为粘结剂的聚偏二氟乙烯，工作电压范围3.0V－4.45V，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、将钴酸锂LiCoO2、导电炭黑和聚偏二氟乙烯按照质量比96：3：1混合，得到混合物E；
S1.2、将混合物E分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，得到正极浆料；
S1.3、对正极浆料依次进行涂布、分切、辊压、模切、点焊极耳等工序，得到正极极片；
S1.4、对正极极片进行性能测试，得到符合标准的良品。
在步骤S2中，用于制备负极极片的活性材料包括改性天然石墨、导电碳黑、作为粘结剂的丁苯橡胶和羧甲基纤维素，步骤S2包括如下步骤：
S2.1、将改性天然石墨、导电碳黑、作为粘结剂的丁苯橡胶和羧甲基纤维素按照质量比95：1.5：2：1.5混合，得到混合物F；
S2.2、将混合物F分散于去离子水中，得到负极浆料；
S2.3、对负极浆料依次进行涂布、分切、辊压、模切、点焊极耳等工序，得到负极极片；
S2.4、对负极极片进行性能测试，得到符合标准的良品。
在上述步骤S1.4和S2.4中，性能测试的方法均参照国标或行业标准进行，测试项目包括：高温储存性能测试、低温放电性能测试、循环性能测试。
在所述的步骤S4中，注液工序在水含量和氧含量均小于10ppm的手套箱中完成。
实施例七
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例六的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式2所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000101
R6的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为氟代亚乙基；R7～R10的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基，优选为亚乙基。
电解液的制备方法同实施例六，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例六。
实施例八
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例六的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式3所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000111
R11的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为二丙基砜；R12～R15的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为氟代亚丙基。
电解液的制备方法同实施例六，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例六。
实施例九
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例六的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式4所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000112
R16的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为氟代亚丁基；R17～R20的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为氟代亚丁基。
电解液的制备方法同实施例六，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例六。
实施例十
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式5所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000121
R21的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为二甲砜基；R22～R25的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为氟代亚乙基。
电解液的制备方法同实施例六，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例六。
对比例二
参照实施例六，但电解液中不添加功能性添加剂，其他成分组成与实施例六相同。电解液的制备方法以及锂电池的制备方法与实施例六相同。
将实施例六至实施例十和对比例二的锂电池进行性能检测，检测结果详见表2：
表2为实施例六至实施例十和对比例二的锂电池性能检测结果
Figure GDA0002147708650000122
相较于对比例二，实施例六至实施例十的锂电池性能具有明显的竞争优势，锂电池的耐高温和循环寿命性能理想，并且低温放电效果与对比例二相当，充分说明实施例六至实施例十的锂电池在高电压的工作条件下，具有提高高温储存和循环性能的作用。此外，实施例六至实施例十还说明将功能性添加剂和其他助剂联合使用，进一步提升锂电池的能量密度、循环寿命和安全性能。
实施例十一
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。该非水电解液的组成成分包括锂盐、溶剂、功能性添加剂和其他助剂，不但具有辅助成膜的作用，而且能够有效地络合金属离子，防止金属离子沉积在负极，提升锂电池的耐高温性能和循环性能。
该非水电解液中的锂盐为六氟磷酸锂和二草酸硼酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯的混合物，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯的质量比为2:1:2:2:3。其他助剂为1,3-丙烷磺内酯、氟代碳酸乙烯酯和丁二腈。按照电解液总质量的百分比计算，1,3-丙烷磺内酯的添加量为0.2％，氟代碳酸乙烯酯的添加量为2％，丁二腈的添加量为1％，二氟草酸硼酸锂的添加量为0.5％，功能性添加剂的添加量为电解液总质量的0.5％。功能性添加剂是如结构式1所示的化合物：
Figure GDA0002147708650000131
其中，R1的取代基选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为氟代亚甲基；R2～R5的取代基均选自包括碳原子数为1～4的烷基或氟代烷基，本实施例优选为氟代甲基。
该非水电解液的制备方法包括如下步骤:
S1、将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯的质量比为2:1:2:2:3混合均匀，制备得到非水电解液的溶剂；
S2、向制备好的溶剂中加入六氟磷酸锂，直至六氟磷酸锂在溶剂中的摩尔浓度为1mol/L，得到溶液G；
S3、按照配方比例向溶液G中添加功能性添加剂、其他助剂和二草酸硼酸锂，得到非水电解液。
本实施例还公开了该非水电解液在锂电池中的应用，该非水电解液尤其适用于制造高电压锂电池以及高镍材料材质的锂电池。该锂电池包括电池壳、极芯和电解液，其中，极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔膜；所述电解液为本实施例所公开的非水电解液。该锂电池的制备方法具体包括如下步骤：
S1、制备锂电池的正极极片；
S2、制备锂电池的负极极片；
S3、将正极极片、负极极片和隔膜经卷绕、入壳、顶封、侧封工序后制成电芯；
S4、将非水电解液注入电芯中；
S5、对注液后的电芯进行化成、切边、分容等后续加工，得到锂电池。
对上述步骤需要说明的是，在步骤S1中，用于制备正极极片的活性材料包括锂镍钴锰氧化物LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、导电炭黑和作为粘结剂的聚偏二氟乙烯，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、将锂镍钴锰氧化物LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、导电炭黑和聚偏二氟乙烯按照质量比96：3：1混合，得到混合物H；
S1.2、将混合物H分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，得到正极浆料；
S1.3、对正极浆料依次进行涂布、分切、辊压、模切、点焊极耳等工序，得到正极极片；
S1.4、对正极极片进行性能测试，得到符合标准的良品。
在步骤S2中，用于制备负极极片的活性材料包括改性天然石墨、导电碳黑、作为粘结剂的丁苯橡胶和羧甲基纤维素，步骤S2包括如下步骤：
S2.1、将改性天然石墨、导电碳黑、作为粘结剂的丁苯橡胶和羧甲基纤维素按照质量比95：1.5：2：1.5混合，得到混合物I；
S2.2、将混合物I分散于去离子水中，得到负极浆料；
S2.3、对负极浆料依次进行涂布、分切、辊压、模切、点焊极耳等工序，得到负极极片；
S2.4、对负极极片进行性能测试，得到符合标准的良品。
在上述步骤S1.4和S2.4中，性能测试的方法均参照国标或行业标准进行，测试项目包括：高温储存性能测试、低温放电性能测试、循环性能测试。
在所述的步骤S4中，注液工序在水含量和氧含量均小于10ppm的手套箱中完成。
实施例十二
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例十一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式2所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000151
R6的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为亚乙基；R7～R10的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基，优选为亚乙基。
电解液的制备方法同实施例十一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例十一。
实施例十三
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例十一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式3所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000152
R11的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为亚丙基；R12～R15的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为氟代亚丙基。
电解液的制备方法同实施例十一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例十一。
实施例十四
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例十一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式4所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000161
R16的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为亚丁基；R17～R20的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为亚丁基。
电解液的制备方法同实施例十一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例十一。
实施例十五
本实施例提供了一种非水电解液及其在锂电池中的应用，并提供了该非水电解液和锂电池的制备方法。与实施例十一的区别之处在于：功能性添加剂不同。本实施例的功能性添加剂是如结构式5所示的化合物，结构式如下所示：
Figure GDA0002147708650000162
R21的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基，本实施例优选为二甲砜基；R22～R25的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基，优选为氟代亚甲基。
电解液的制备方法同实施例十一，但需将功能性添加剂替换。锂电池的制备方法亦同实施例十一。
对比例三
参照实施例十一，但电解液中不添加功能性添加剂，其他成分组成与实施例十一相同。电解液的制备方法以及锂电池的制备方法与实施例十一相同。
将实施例十一至实施例十五和对比例三的锂电池进行性能检测，检测结果详见表2：
表2为实施例十一至实施例十五和对比例三的锂电池性能检测结果
Figure GDA0002147708650000171
相较于对比例三，实施例十一至实施例十五的锂电池性能具有明显的竞争优势，锂电池的耐高温和循环寿命性能理想，并且低温放电效果优于对比例三，充分说明实施例十一至实施例十五的锂电池采用高镍正极材料仍然具有较高的高温储存和寿命循环性能。此外，实施例十一至实施例十五还说明将功能性添加剂和其他助剂联合使用，进一步提升锂电池的能量密度、循环寿命和安全性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种非水电解液，其特征在于，包括锂盐、溶剂以及功能型添加剂，所述的功能型添加剂包括结构式3～4所示的任一项结构式化合物：
Figure 39649DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 330953DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，所述结构式3中的R12～R15均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基；
所述结构式4中的R17～R20均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基或氟代亚烷基；
结构式3～4中，R11以及R16的取代基均选自包括碳原子数为1～4的亚烷基、砜基或氟代亚烷基。
2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，还包括助剂，所述的助剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、氟代碳酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、甲基戊二腈、戊二腈、己烷三腈、三(三甲基硅基)硼酸酯以及三(三甲基硅基)磷酸酯中的一种或多种组合物。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解液，其特征在于，所述的锂盐为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiPF2O2、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3、LiN(S02F)2、LiDTI、LiBMB、LiBFMB、LiBMFMB、LiDFMFMB、LiDFEFMB以及LiDFPFMB中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的非水电解液，其特征在于，所述的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁酸甲酯、丙酸丙酯以及正丁酸乙酯中的一种或多种。
5.一种锂电池，其特征在于，包括电池壳、极芯和电解液，所述极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔膜；所述电解液为如权利
要求1-4中任一项中所述的非水电解液。
6.根据权利要求5所述的锂电池，其特征在于，所述正极采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCo1-yMyO2、LiNi1-yMyO2、LiMn2-yMyO4和LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2中的一种或多种含锂过渡金属氧化物制备而成；其中，M选自元素Fe、Mg、Cu、Zn、Al以及Sn中的一种或多种，且x、y和z为0到1之间的任意值，x、y和z之和不大于1。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113078351A (zh) * 2021-03-29 2021-07-06 珠海冠宇电池股份有限公司 一种固态电解质、其制备方法和固态电池

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1289463A (zh) * 1998-11-30 2001-03-28 日本化学工业株式会社 非水电解液二次电池
JP2001338683A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Nippon Chem Ind Co Ltd 非水電解液電池
JP2005339952A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液および非水系電解液電池
CN101471453A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 财团法人工业技术研究院 胶态高分子电解液前体组合物及包含其的二次电池
CN101694885A (zh) * 2009-09-23 2010-04-14 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 阻燃型锂离子电池电解液
JP2012204100A (ja) * 2011-03-24 2012-10-22 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池
CN103531364A (zh) * 2013-10-29 2014-01-22 苏州大学 一种基于塑性晶体的疏水固体电解质及其应用
CN103794368A (zh) * 2012-10-29 2014-05-14 中国科学院长春应用化学研究所 电容器用电解质、其制备方法及不对称型电化学电容器
CN103896785A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 海洋王照明科技股份有限公司 双中心季铵盐类离子液体及其制备方法与电解液及锂离子电池
JP2014127354A (ja) * 2012-12-26 2014-07-07 Fujifilm Corp 非水二次電池用電解液および非水二次電池、電解液用添加剤
JP2014194871A (ja) * 2013-03-28 2014-10-09 Sumitomo Seika Chem Co Ltd 非水電解液用添加剤、非水電解液、及び、蓄電デバイス
CN104919630A (zh) * 2013-01-17 2015-09-16 索尼公司 用于二次电池的活性物质、用于二次电池的电极、二次电池、电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具、以及电子装置
CN105244539A (zh) * 2014-07-09 2016-01-13 江苏华东锂电技术研究院有限公司 添加剂、电解质溶液及锂离子电池
CN105543888A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 重庆紫光国际化工有限责任公司 丙烯腈电解制备己二腈的电解液及方法
CN105742709A (zh) * 2016-04-20 2016-07-06 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN105830259A (zh) * 2013-12-17 2016-08-03 奥克斯能源有限公司 用于锂硫电池的电解质
CN107528085A (zh) * 2016-06-19 2017-12-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 锂离子电池
JP2018073585A (ja) * 2016-10-27 2018-05-10 株式会社トクヤマ 多価オニウム化合物を含む非水電解液、および該非水電解液を用いた蓄電デバイス
CN108070084A (zh) * 2016-11-18 2018-05-25 王復民 寡聚物高分子与锂电池
JP2018110085A (ja) * 2017-01-05 2018-07-12 株式会社Ｇｓユアサ 非水電解質、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法
CN109456484A (zh) * 2018-09-05 2019-03-12 宁波嘉玛材料科技有限公司 一种新型共轭结构含氟磺酰亚胺单离子导体聚合物及其制备方法和应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5258353B2 (ja) * 2008-03-31 2013-08-07 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
KR101228116B1 (ko) * 2010-10-25 2013-02-01 삼성전자주식회사 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
EP3031798B1 (en) * 2014-12-10 2017-09-27 Belenos Clean Power Holding AG A novel cross-linker for the preparation of a new family of single ion conduction polymers for electrochemical devices and such polymers
US10741812B2 (en) * 2017-06-19 2020-08-11 GM Global Technology Operations LLC Acid-scavenging functional separators for power performance of lithium ion electrochemical cells

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1289463A (zh) * 1998-11-30 2001-03-28 日本化学工业株式会社 非水电解液二次电池
JP2001338683A (ja) * 2000-05-26 2001-12-07 Nippon Chem Ind Co Ltd 非水電解液電池
JP2005339952A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液および非水系電解液電池
CN101471453A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 财团法人工业技术研究院 胶态高分子电解液前体组合物及包含其的二次电池
CN101694885A (zh) * 2009-09-23 2010-04-14 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 阻燃型锂离子电池电解液
JP2012204100A (ja) * 2011-03-24 2012-10-22 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池
CN103794368A (zh) * 2012-10-29 2014-05-14 中国科学院长春应用化学研究所 电容器用电解质、其制备方法及不对称型电化学电容器
JP2014127354A (ja) * 2012-12-26 2014-07-07 Fujifilm Corp 非水二次電池用電解液および非水二次電池、電解液用添加剤
CN103896785A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 海洋王照明科技股份有限公司 双中心季铵盐类离子液体及其制备方法与电解液及锂离子电池
CN104919630A (zh) * 2013-01-17 2015-09-16 索尼公司 用于二次电池的活性物质、用于二次电池的电极、二次电池、电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具、以及电子装置
JP2014194871A (ja) * 2013-03-28 2014-10-09 Sumitomo Seika Chem Co Ltd 非水電解液用添加剤、非水電解液、及び、蓄電デバイス
CN103531364A (zh) * 2013-10-29 2014-01-22 苏州大学 一种基于塑性晶体的疏水固体电解质及其应用
CN105830259A (zh) * 2013-12-17 2016-08-03 奥克斯能源有限公司 用于锂硫电池的电解质
CN105244539A (zh) * 2014-07-09 2016-01-13 江苏华东锂电技术研究院有限公司 添加剂、电解质溶液及锂离子电池
CN105543888A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 重庆紫光国际化工有限责任公司 丙烯腈电解制备己二腈的电解液及方法
CN105742709A (zh) * 2016-04-20 2016-07-06 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN107528085A (zh) * 2016-06-19 2017-12-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 锂离子电池
JP2018073585A (ja) * 2016-10-27 2018-05-10 株式会社トクヤマ 多価オニウム化合物を含む非水電解液、および該非水電解液を用いた蓄電デバイス
CN108070084A (zh) * 2016-11-18 2018-05-25 王復民 寡聚物高分子与锂电池
JP2018110085A (ja) * 2017-01-05 2018-07-12 株式会社Ｇｓユアサ 非水電解質、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法
CN109456484A (zh) * 2018-09-05 2019-03-12 宁波嘉玛材料科技有限公司 一种新型共轭结构含氟磺酰亚胺单离子导体聚合物及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Co皿ductivity Enhancement of Poly・（vi皿ylimidazoline）一based Electrolytes;Hiromori TSUTSUMI 等;《Electrochemistry》;20010930;第90卷(第1期);第94-98页 *
Preparation of new polymer electrolytes based on poly(acrylonitrile-co-vinylimidazoline) matrix and improvement of polarization behavior of lithium electrode in the electrolyte by using cascade nitrile compound;Hiromori Tsutsumi 等;《Solid State Ionics》;20030531;第160卷(第1-2期);第131-139页 *

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