CN110459805A - 一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液 - Google Patents

一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液 Download PDF

Info

Publication number
CN110459805A
CN110459805A CN201910741167.6A CN201910741167A CN110459805A CN 110459805 A CN110459805 A CN 110459805A CN 201910741167 A CN201910741167 A CN 201910741167A CN 110459805 A CN110459805 A CN 110459805A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
carbonate
tertiary cathode
nickelic tertiary
silicon nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910741167.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王兰
程树国
孟小平
武大中
胡超锋
吕秀夯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan Huarui New Material Co Ltd
Original Assignee
Henan Huarui New Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan Huarui New Material Co Ltd filed Critical Henan Huarui New Material Co Ltd
Priority to CN201910741167.6A priority Critical patent/CN110459805A/zh
Publication of CN110459805A publication Critical patent/CN110459805A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明属于锂离子电池电解液制备技术领域，具体涉及一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液。该电解液由锂盐、非水有机溶剂、负极成膜添加剂和硅氮类添加剂组成，本发明的电解液能够有效提高电解液的循环性能和高温存储性能。

Description

一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液
技术领域
本发明属于锂离子电池电解液制备技术领域，具体涉及一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液。
背景技术
锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点而得到普遍的青睐，被广泛应用于3C数码产品、电动工具、电动汽车、军用设备等领域，特别是电动汽车，作为电动汽车的核心部件，锂离子电池的比能量大小是决定电动汽车续航里程长短的关键因素，比能量大小与正极材料的选择息息相关。
在政策和市场双驱动下，锂离子电池必然向着高能量密度、高循环性能、高安全性能等方向发展。NCA或NCM811高镍材料电化学稳定，具备高容量、低成本等优势近年来发展迅速。但是，NCA或NCM811高镍材料由于镍含量极高，材料吸水性强，氧化性更强，在高温下能催化电解液氧化分解产气和破坏界面SEI膜稳定性，造成电解液容量衰减严重。
为了克服上述问题，研究人员们从表面改性技术出发提出了不少有效的解决方案，使得高镍正极材料动力电池循环寿命明显提高。申请公布号CN 108365205A，申请公布日2018.03.12的专利公布了一种锂电池高镍三元正极材料的改性方法，通过雾化和深度冷冻在锂电池高镍三元正极材料表面成膜改性形成SEI膜，提高了电池的循环性能。申请公布号CN108206277A，申请公布日2016.12.20的发明专利公布了一种高镍三元正极材料，通过表面包覆快离子导体，使得包覆层与材料表面残锂进行反应，提高材料表面稳定性和循环稳定性。但是，上述材料改性方法增加了操作步骤，材料制备较麻烦，相比于材料表面改性，应用电解液添加剂是最直接的解决问题的办法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液，该电解液能够有效提高电解液的循环性能和高温存储性能。
本发明所采用的技术方案为：
一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液，该电解液由锂盐、非水有机溶剂、负极成膜添加剂和硅氮类添加剂组成；
所述负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯脂（FEC），甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)和硫酸乙烯酯(DTD)中的一种；
所述硅氮类添加剂为线性硅氮类化合物或环状硅氮类化合物；
该电解液中，锂盐的含量为10-20wt%，负极成膜添加剂的含量为0.01-5wt%，硅氮类添加剂的含量为0.01-5wt%，余量为非水有机溶剂。
具体的，所述线性硅氮类化合物的结构式为：
， 其中，R1、R2、R3、R5、R6、R7独立的选自H.、F、C1~C6的烷基，C1~C6的烷氧基，C6~C20的芳香基，R4独立的选自H、F、C1~C6的烷基，C1~C6的烷氧基，C6~C20的芳香基、碱金属元素。
具体的，所述环状硅氮类化合物的结构式为 ，其中R8、R9、R10、独立的选自H、F、C1~C6的烷基，C1~C6的烷氧基，C6~C20的芳香基。
进一步优选，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂。
所述非水溶剂为碳酸乙烯脂(EC)、碳酸丙烯脂(PC)、碳酸二甲脂(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙脂(EMC)、γ-丁内脂(GBL)、乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、丁酸甲脂(MB)、丙酸丙脂(PP)、乙酸甲脂(MA)中的两种以上。
进一步优选， 所述非水溶剂为所述非水有机溶剂为碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙脂（EMC）与碳酸乙烯脂（EC）按1:1:1体积比的混合物。
进一步优选，所述非水有机溶剂为碳酸二甲脂(DMC)、碳酸甲乙脂（EMC）与碳酸乙烯脂（EC）按4:3:3体积比的混合物。
进一步优选，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯脂（EC）与碳酸甲乙脂（EMC）按3:7体积比的混合物。
以上本发明的高镍三元正极动力锂离子电池电解液制备时将各原料混匀即可。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
本发明的电解液中，负极成膜添加剂可以明显降低成膜阻抗，电解质锂盐可以提高电解液的电导率及稳定性，硅氮类添加剂可以降低电解液中的游离酸，锂盐和添加剂的协同作用可以抑制对非水有机溶剂的溶解和金属离子的溶出，能够有效提高电解液的容量保持率和高温存储性能。
本发明制备的锂离子电池电解液能明显改善高镍三元正极材料中因金属离子在高温、高压下溶出造成的电池循环性能迅速下降的问题。
本发明具有配置过程简单、成本低廉、用料省、能够起到保护正负极界面的效果、并且使电池循环过程中的容量保持率和循环稳定性明显提高和电池高温存储安全性大大提高的优点。
附图说明
图1为实施例1锂离子动力电池电解液制备的4.2V石墨/NCM811动力电池的不同温度放电性能。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
高镍三元正极动力锂离子电池电解液，实施例1-10，具体组成如下表，以下实施例中的百分含量为质量百分含量。
对比例：一种锂离子电池，组成为10%的LIFSI、5%的FEC、余量的溶剂（体积比为为1:1:1的 DEC、EMC和EC的混合物）。具体操作为：在充满氩气的手套箱( 水分＜1ppm，氧分＜1ppm) 中，将各物料搅拌搅拌均匀后得到对比例的锂离子电池电解液( 游离酸＜15ppm，水分＜10ppm)而成。
实施例1-10的制备方法同对比例。
将上述实施例1-10制备的锂离子电池电解液及对比例制备的锂离子电池电解液注入经过充分干燥的石墨/ NCM811电池，电池经过一封静置、预充化成、二封分容后进行3.0V～4 .2V 1C循环充放电常温循环测试和4 .2V满电态60℃/7d储存测试。
常温循环测试条件：在25℃±3℃条件下，以1C倍率恒流-恒压的方式将电池充电至4 .2V，截止电流为0 .05C；然后以1C恒流放电至3 .0V，完成一次1C充放电循环；重复上述充放电过程，以第2000次的放电容量除以第一次的放电容量，得到循环2000次的容量保持率。
60℃高温储存测试条件：将电池以0 .5C倍率恒流恒压充电至4 .2V，测试电池厚度、内阻，然后将电池放入60℃烘箱中，7天后取出电池，趁热测试电池厚度，待电池降至室温后测试内阻。
不同温度条件下放电测试条件：在25℃±3℃条件下，以1C倍率恒流-恒压的方式将电池充电至4 .2V，截止电流为0 .05C；然后在25℃、55℃、-10℃，-20℃以1C恒流放电至3.0V，记录放电容量。
电池厚度变化率＝(储存后的电池厚度-储存前的电池厚度)/储存前的电池厚度。
将按照上述对比例及实施例1-10制作出的电池进行常温1C循环、60℃高温储存测试，结果见下表：
从上述试验数据可以看出，应用了本发明提供的高镍正极锂离子电池电解液应用于高镍正极组成的锂电池中，锂盐和两种添加剂协同作用的电解液的电池2000 次循环容量保持率在85%以上，而对比例中均不足80%。而且实施例中电解液做成的产品电池在经历了60℃7天的高温搁置后其厚度变化率和内阻变化率均低于对比例。综上所述，本发明提供的锂离子电池用高镍三元电解液，能够大幅提高锂离子电池的循环性能，有利于实现高镍三元锂离子电池的商业化。
本发明还对实施例1锂离子动力电池电解液制备的4.2V石墨/NCM811动力电池分别在10℃、20℃、常温、55℃的倍率放电性能进行了实验测定，由图1看出，55℃放电效率为常温的97.1%,-10℃放电效率为常温的96.4%，-20℃放电效率为常温的80.8%，高低温放电性能均高于国标要求（GB/T31486-2015）。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要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权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：该电解液由锂盐、非水有机溶剂、负极成膜添加剂和硅氮类添加剂组成；
所述负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯脂，甲烷二磺酸亚甲酯和硫酸乙烯酯中的一种；
所述硅氮类添加剂为线性硅氮类化合物或环状硅氮类化合物；
该电解液中，锂盐的含量为10-20wt%，负极成膜添加剂的含量为0.01-5wt%，硅氮类添加剂的含量为0.01-5wt%，余量为非水有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述线性硅氮类化合物的结构式为：
， 其中，R1、R2、R3、R5、R6、R7独立的选自H、F、C1~C6的烷基，C1~C6的烷氧基，C6~C20的芳香基，R4独立的选自H、F、C1~C6的烷基，C1~C6的烷氧基，C6~C20的芳香基、碱金属元素。
3.根据权利要求1所述的高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述环状硅氮类化合物的结构式为，其中R8、R9、R10、独立的选自H、F、C1~C6的烷基，C1~C6的烷氧基，C6~C20的芳香基。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂。
5.根据权利要求1-3任一项所述的高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水溶剂为碳酸乙烯脂、碳酸丙烯脂、碳酸二甲脂、碳酸二乙酯、碳酸甲乙脂、γ-丁内脂、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸甲脂、丙酸丙脂、乙酸甲脂中的两种以上。
6.根据权利要求5所述的高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为碳酸二乙酯、碳酸甲乙脂与碳酸乙烯脂按1:1:1体积比的混合物。
7.根据权利要求5所述的高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为碳酸二甲脂、碳酸甲乙脂与碳酸乙烯脂按4:3:3体积比的混合物。
8.根据权利要求5所述的高镍三元正极动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为碳酸乙烯脂与碳酸甲乙脂按3:7体积比的混合物。
CN201910741167.6A 2019-08-12 2019-08-12 一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液 Pending CN110459805A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910741167.6A CN110459805A (zh) 2019-08-12 2019-08-12 一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910741167.6A CN110459805A (zh) 2019-08-12 2019-08-12 一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110459805A true CN110459805A (zh) 2019-11-15

Family

ID=68486073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910741167.6A Pending CN110459805A (zh) 2019-08-12 2019-08-12 一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110459805A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113517471A (zh) * 2021-05-18 2021-10-19 中节能万润股份有限公司 一种锂离子电池非水电解液及其应用
CN113745657A (zh) * 2020-05-27 2021-12-03 比亚迪股份有限公司 用于锂二次电池的电解液和锂二次电池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113745657A (zh) * 2020-05-27 2021-12-03 比亚迪股份有限公司 用于锂二次电池的电解液和锂二次电池
CN113745657B (zh) * 2020-05-27 2023-03-14 比亚迪股份有限公司 用于锂二次电池的电解液和锂二次电池
CN113517471A (zh) * 2021-05-18 2021-10-19 中节能万润股份有限公司 一种锂离子电池非水电解液及其应用
CN113517471B (zh) * 2021-05-18 2022-07-22 中节能万润股份有限公司 一种锂离子电池非水电解液及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104505535B (zh) 一种高电压锂离子电池的非水电解液
CN108808071B (zh) 一种高镍三元正极材料体系电池用电解液及锂离子电池
CN101207197B (zh) 锂离子电池正极材料和含有该材料的正极和锂离子电池
CN103779607B (zh) 一种电解液和锂离子二次电池
CN106505249A (zh) 一种锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池
EP3699997B1 (en) Lithium secondary battery electrolyte and lithium secondary battery comprising the same
CN102544586B (zh) 锂离子电池制备方法及锂离子电池
CN110265721A (zh) 锂离子二次电池
CN110112465B (zh) 富锂锰基正极材料体系电池用电解液及锂离子电池
CN108321434A (zh) 一种高电压锂离子电池电解液
CN103078138B (zh) 高压锂离子电池及其电解液
CN110190332A (zh) 高镍三元正极材料体系电池用电解液及锂离子电池
CN107017432A (zh) 非水电解液及锂离子电池
CN102082292A (zh) 一种高温型锂离子电池电解液及锂离子电池
CN109417201A (zh) 电池电解液用添加剂、锂离子电池电解液、锂离子电池
CN109119686A (zh) 磷酸铁锂电池
CN109390631A (zh) 一种高镍三元正极材料电解液
CN110212193A (zh) 锂离子二次电池及其制备方法
CN110957529B (zh) 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN111883839A (zh) 高压电解液及基于其的锂离子电池
WO2014079183A1 (zh) 一种非水有机电解液添加剂及其制备方法、非水有机电解液和锂离子二次电池
CN108987808A (zh) 一种高电压锂离子电池非水电解液及锂离子电池
CN107819156A (zh) 不燃型固态聚合物电解质的制备方法及含有该固态聚合物电解质的二次锂电池
CN108417894A (zh) 一种锂二次电池电解液和锂二次电池
CN110459805A (zh) 一种高镍三元正极动力锂离子电池电解液

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191115