CN110931872B - 一种锂离子电池电解液添加剂及锂离子电池电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池电解液添加剂及锂离子电池电解液,锂离子电池电解液包括非水有机溶剂、锂盐、添加剂,非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、1,3‑丙烷磺酸内酯、己二腈和丁二腈中的至少两种的组合,锂盐在电解液中的摩尔浓度为0.95‑1.05mol/L,添加剂是由2‑噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成,锂离子电池电解液中添加剂的在电解液中的质量分数为0.5‑5%;本发明具有延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的优点。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种锂离子电池电解液添加剂及锂离子电池电解液。
背景技术
锂离子电池由于具备比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优点,广泛应用于手机、电脑、相机、电动汽车等多个领域,然而,随着科学技术的不断发展,各个应用领域对锂离子电池的性能都提出了更高的要求,其中,最为迫切的就是在保证安全的前提下提高锂离子电池的能量密度;目前常用的提高锂离子电池的能量密度的方法是采用高电压正极材料,如LiCoPO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等材料;但是,目前商业用的碳酸酯基电解液电化学温度窗口低,当电池电压达到4.5V左右时该类型的电解液便开始在正极材料表面发生氧化分解副反应,影响锂离子电池的性能,降低锂离子电池的循环性能,并会带来一定安全隐患,甚至可能会使电池的寿命快速降低,并且使电池的容量缩减;因此,提供一种能够延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的一种锂离子电池电解液添加剂及锂离子电池电解液是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,而提供一种能够延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的锂离子电池电解液及添加剂及锂离子电池电解液
为实现上述目的,本发明的技术方案为:一种锂离子电池电解液,所述的锂离子电池电解液包括非水有机溶剂、锂盐、添加剂。
所述的非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、己二腈和丁二腈中的至少两种的组合。
所述的非水有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的组合物。
所述的添加剂是由2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成。
所述的锂盐为LiPF6、LiBF4、LiFSI、LiB(C2O4)2中的一种。
所述的锂盐在电解液中的摩尔浓度为0.95-1.05mol/L。
所述的添加剂在电解液中的质量分数为0.5-5%。
所述的添加剂在电解液中的质量分数为1-2%。
所述的2-噻吩甲腈的结构式为:
所述的乙烯基磺酰氟的结构式为:
其中2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟的质量比为1:0.5-2。
本发明的有益效果:本发明的含有2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂的电解液,具有较低的氧化还原电位,可以在正负极电极材料表面形成保护膜,防止电解液在正负电极表面持续发生氧化还原反应,进而提高锂离子电池的高压循环性能;本发明具有延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的优点。
具体实施方式
实施例1
一种锂离子电池电解液,包括添加剂、非水有机溶剂、锂盐;非水有机溶剂由质量比为4:6的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组成;锂盐为LiPF6,其在电解液中的摩尔浓度为1.05mol/L,添加剂由2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成,添加剂的质量为电解液质量的5%,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟的质量比为1:1.5。
该电解液的制备在氩气手套箱(水分<1ppm,氧气<1ppm)中进行,将碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯充分混合,得到混合有机溶剂,再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述混合有机溶剂中,然后依次向其中加入2-噻吩甲腈、乙烯基磺酰氟,搅拌均匀后即得电解液。
本实施例所制得的锂离子电池电解液,其中的添加剂:2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟,在锂离子电池中工作中,当电池的电压达到添加剂的氧化/还原反应电位时,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟会先在电极表面发生电化学反应,生成一层界面膜,界面膜的存在会抑制电解液与电极活性物质的接触,提升锂离子电磁的安全性能和循环稳定性,在电解液中的乙烯基磺酰氟发生氧化/还原生成侧产物中含有氟化物,由于该氟化物的存在能够显著提高界面膜的稳定性,电解液中的2-噻吩甲腈发生氧化反应产生的产物可以在正极材料便面形成一层具有导电作用的薄膜,薄膜能够覆盖正极材料的活性位点,防止碳酸酯类电解液在正极材料表面发生持续氧化分解反应,进而避免锂离子电池发生胀气等膨胀现象,提高了锂离子电池的高压循环性能;本发明具有延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的优点。
实施例2
一种锂离子电池电解液,包括添加剂、非水有机溶剂、锂盐;非水有机溶剂由质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯组成;锂盐为LiBF4,其在电解液中的摩尔浓度为1.0mol/L,添加剂由2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成,添加剂的质量为电解液质量的0.5%,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟的质量比为1:0.5。
该电解液的制备在氩气手套箱(水分<1ppm,氧气<1ppm)中进行,将碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯充分混合,得到混合有机溶剂,再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述混合有机溶剂中,然后依次向其中加入2-噻吩甲腈、乙烯基磺酰氟,搅拌均匀后即得电解液。
本实施例所制得的锂离子电池电解液,其中的添加剂:2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟,在锂离子电池中工作中,当电池的电压达到添加剂的氧化/还原反应电位时,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟会先在电极表面发生电化学反应,生成一层界面膜,界面膜的存在会抑制电解液与电极活性物质的接触,提升锂离子电磁的安全性能和循环稳定性,在电解液中的乙烯基磺酰氟发生氧化/还原生成侧产物中含有氟化物,由于该氟化物的存在能够显著提高界面膜的稳定性,电解液中的2-噻吩甲腈发生氧化反应产生的产物可以在正极材料便面形成一层具有导电作用的薄膜,薄膜能够覆盖正极材料的活性位点,防止碳酸酯类电解液在正极材料表面发生持续氧化分解反应,进而避免锂离子电池发生胀气等膨胀现象,提高了锂离子电池的高压循环性能;本发明具有延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的优点。
实施例3
一种锂离子电池电解液,包括添加剂、非水有机溶剂、锂盐;非水有机溶剂由质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯、乙酸乙酯和碳酸二乙酯组成;锂盐为LiPF6,其在电解液中的摩尔浓度为1.0mol/L,添加剂由2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成,添加剂的质量为电解液质量的0.5%,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟的质量比为1:0.5。
该电解液的制备在氩气手套箱(水分<1ppm,氧气<1ppm)中进行,将碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯充分混合,得到混合有机溶剂,再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述混合有机溶剂中,然后依次向其中加入2-噻吩甲腈、乙烯基磺酰氟,搅拌均匀后即得电解液。
本实施例所制得的锂离子电池电解液,其中的添加剂:2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟,在锂离子电池中工作中,当电池的电压达到添加剂的氧化/还原反应电位时,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟会先在电极表面发生电化学反应,生成一层界面膜,界面膜的存在会抑制电解液与电极活性物质的接触,提升锂离子电磁的安全性能和循环稳定性,在电解液中的乙烯基磺酰氟发生氧化/还原生成侧产物中含有氟化物,由于该氟化物的存在能够显著提高界面膜的稳定性,电解液中的2-噻吩甲腈发生氧化反应产生的产物可以在正极材料便面形成一层具有导电作用的薄膜,薄膜能够覆盖正极材料的活性位点,防止碳酸酯类电解液在正极材料表面发生持续氧化分解反应,进而避免锂离子电池发生胀气等膨胀现象,提高了锂离子电池的高压循环性能;本发明具有延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的优点。
实施例4
一种锂离子电池电解液,包括添加剂、非水有机溶剂、锂盐;非水有机溶剂由质量比为1:1:0.8:0.8的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、乙酸甲酯和1,3-丙烷磺酸内酯组成;锂盐为LiFSI,其在电解液中的摩尔浓度为1.0mol/L,添加剂由2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成,添加剂的质量为电解液质量的2%,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟的质量比为1:2。
该电解液的制备在氩气手套箱(水分<1ppm,氧气<1ppm)中进行,将碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯充分混合,得到混合有机溶剂,再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述混合有机溶剂中,然后依次向其中加入2-噻吩甲腈、乙烯基磺酰氟,搅拌均匀后即得电解液。
本实施例所制得的锂离子电池电解液,其中的添加剂:2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟,在锂离子电池中工作中,当电池的电压达到添加剂的氧化/还原反应电位时,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟会先在电极表面发生电化学反应,生成一层界面膜,界面膜的存在会抑制电解液与电极活性物质的接触,提升锂离子电磁的安全性能和循环稳定性,在电解液中的乙烯基磺酰氟发生氧化/还原生成侧产物中含有氟化物,由于该氟化物的存在能够显著提高界面膜的稳定性,电解液中的2-噻吩甲腈发生氧化反应产生的产物可以在正极材料便面形成一层具有导电作用的薄膜,薄膜能够覆盖正极材料的活性位点,防止碳酸酯类电解液在正极材料表面发生持续氧化分解反应,进而避免锂离子电池发生胀气等膨胀现象,提高了锂离子电池的高压循环性能;本发明具有延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的优点。
实施例5
一种锂离子电池电解液,包括添加剂、非水有机溶剂、锂盐;非水有机溶剂由质量比为4:6的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组成;锂盐为LiB(C2O4)2,其在电解液中的摩尔浓度为1.0mol/L,添加剂由2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成,添加剂的质量为电解液质量的4%,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟的质量比为1:1.2。
该电解液的制备在氩气手套箱(水分<1ppm,氧气<1ppm)中进行,将碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯充分混合,得到混合有机溶剂,再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述混合有机溶剂中,然后依次向其中加入2-噻吩甲腈、乙烯基磺酰氟,搅拌均匀后即得电解液。
本实施例所制得的锂离子电池电解液,其中的添加剂:2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟,在锂离子电池中工作中,当电池的电压达到添加剂的氧化/还原反应电位时,2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟会先在电极表面发生电化学反应,生成一层界面膜,界面膜的存在会抑制电解液与电极活性物质的接触,提升锂离子电磁的安全性能和循环稳定性,在电解液中的乙烯基磺酰氟发生氧化/还原生成侧产物中含有氟化物,由于该氟化物的存在能够显著提高界面膜的稳定性,电解液中的2-噻吩甲腈发生氧化反应产生的产物可以在正极材料便面形成一层具有导电作用的薄膜,薄膜能够覆盖正极材料的活性位点,防止碳酸酯类电解液在正极材料表面发生持续氧化分解反应,进而避免锂离子电池发生胀气等膨胀现象,提高了锂离子电池的高压循环性能;本发明具有延长电池寿命、提高电池安全性、提高电池循环性能的优点。
对比例
一种锂离子电池电解液,包括非水有机溶剂、锂盐,所述溶剂由质量比为3:7的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组成;所述锂盐为LiPF6,其摩尔浓度为1.0mol/L。
该电解液的制备在氩气手套箱(水分<1ppm,氧气<1ppm)中进行,将碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯充分混合,得到混合有机溶剂,再将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于上述混合有机溶剂中,然后依次向其中加入2-噻吩甲腈、乙烯基磺酰氟,搅拌均匀后即得电解液。
锂离子电池的构成
锂离子电池包括锂离子电池包括正极,负极,隔膜、电解液,其中正极为镍钴锰酸锂622,负极为硅碳负极(硅含量为8%),隔膜为Celgard公司的2320隔膜,电解液为上述锂离子电池电解液的实施例1-5中所制备的电解液和对比电解液实施例所制备的电解液。
实验例
将上述锂离子电池电解液的实施例1-5中组装的锂离子电池以及对比电解液组装的锂离子电池在25℃,2C倍率下3-4.6V条件下测试电池的电化学性能,测试结果如表1所示。
表1电池性能检验结果
项目 | 首次充放电效率(%) | 循环200次后,锂电池容量保持率(%) |
实施例1 | 92.8 | 88.6 |
实施例2 | 92.1 | 87.9 |
实施例3 | 92.8 | 88.5 |
实施例4 | 93.5 | 88.2 |
实施例5 | 92.0 | 87.9 |
对比例 | 88.2 | 58.5 |
实施例与对比例在25℃,2C倍率下3-4.6V条件下循环200次后,锂离子电池的容量保持率如表1所示,加入本发明的锂离子电池电解液添加剂的锂离子电池,其容量保持率比不加入该锂离子电池电解液添加剂的锂离子电池相比,加入该锂离子电池电解液添加剂的电池的容量保持率由明显的提高,其容量保持率在87.9-88.6%,而不加该添加剂的锂离子电池的容量保持率仅为58.5%,由此可见,在使用本发明所制成的锂离子电池电解液添加剂及锂离子电池电解液的情况下,能够有效提高锂离子电池性能,延长锂离子电池的使用寿命,提高电池的循环性能和耐高压性能。
Claims (7)
1.一种锂离子电池电解液,所述的锂离子电池电解液包括非水有机溶剂、锂盐、添加剂,所述的非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、己二腈和丁二腈中的至少两种的组合,其特征在于:所述的添加剂是由2-噻吩甲腈和乙烯基磺酰氟添加剂组成。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池电解液,其特征在于:所述的非水有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的组合物。
3.如权利要求2所述的一种锂离子电池电解液,其特征在于:所述的锂盐为LiPF6、LiBF4、LiFSI、LiB(C2O4)2中的一种。
4.如权利要求3所述的一种锂离子电池电解液,其特征在于:所述的锂盐在电解液中的摩尔浓度为0.95-1.05mol/L。
5.如权利要求4所述的一种锂离子电池电解液,其特征在于:所述的添加剂在电解液中的质量分数为0.5-5%。
6.如权利要求5所述的一种锂离子电池电解液,其特征在于:所述的添加剂在电解液中的质量分数为1-2%。
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