CN110931874A - 一种耐高压锂离子电池电解液及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

一种耐高压锂离子电池电解液，包括溶剂、溶质和添加剂，添加剂包括多巴胺，多巴胺占电解液总重量的0.05‑0.5%。在本发明中，在电解液中加入多巴胺，因为多巴胺的在4.4V的时候优先于电解液的其他成分开始分解，多巴胺分解后的产物附着在正极活性材料上形成SEI膜，其能够抑制电解液的其他成分的氧化分解，使得SEI膜的厚度能够得到很好的控制。

Description

一种耐高压锂离子电池电解液及锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种耐高压锂离子电池电解液及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，在电子产品、电动汽车、航天航空、储能等领域有着极其重要的作用。
锂离子电池主要包括正极、负极、隔膜以及电解液。其中，电解液为具有离子导电性的溶液，实现锂离子在正负极迁移的媒介，是电池中重要的组成部分。锂离子电池中的锂离子能够通过电解液在正极和负极之间的移动。锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负电极之间往返嵌入和脱嵌。其中，当其充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解液嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
但是，传统的锂离子电池的电解液的耐高压能力比较弱。比如具有高充电截止电压的正极活性材料在高温高压下由于具有强氧化性，使得电解液很容易被氧化分解，从而产生大量的气体，进而造成锂离子电池失效。此外，锂离子电池在循环过程中也会因为电解液的氧化分解以及正极活性材料自身的副反应如氧气的析出或过渡金属离子的溶出，使得其循环性能发生恶化。
为了解决上面的问题，专利201711230525.4，一种耐高压的锂离子电池电解液及锂离子电池，在这个专利里面是利用无机成膜剂形成SEI膜，以及多种溶剂的混合来达到目的。但是在形成SEI膜后，在高电压的作用下，SEI膜也是会氧化分解的，一旦SEI膜氧化分解那么正极上面的活性正极材料结构势必会被破坏，那么耐高压就会变成一句空话。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐高压锂离子电池电解液及锂离子电池；这种电解液能够保护SEI膜不被轻易的氧化分解，从而保护正极上面的正极活性材料。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种耐高压锂离子电池电解液，包括溶剂、溶质和添加剂，所述添加剂包括多巴胺，所述多巴胺占电解液总重量的0.05-0.5%。
上述的耐高压锂离子电池电解液，优选的，所述多巴胺占电解液总重量的0.1%。
上述的耐高压锂离子电池电解液，优选的，所述溶剂包括乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、四甲基砜、碳酸二甲酯以及甲基乙基酮的一种或者多种。
上述的耐高压锂离子电池电解液，优选的，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4和 LiClO4中的至少一种。
上述的耐高压锂离子电池电解液，优选的，所述锂盐的浓度为1.2mol/L-1.5mol/L。
上述的耐高压锂离子电池电解液，优选的，所述添加剂还包括无机成膜添加剂，所述无机成膜添加剂包括硫化锂、硫酸锂、碳酸锂、氧化锂和碳酸钾中一种或多种。
上述的耐高压锂离子电池电解液，优选的，所述添加剂还包括防过充保护添加剂，所述防过充保护添加剂包括联苯、环已基苯、二甲苯、2-氟联苯、2,4-二氟联苯，1,2-二甲氧基-4-硝基苯、苯乙烷和三联苯中的一种或多种。
一种锂离子电池，包括正极、隔膜和负极，还包括权利要求1-权利要求7任一项所述的耐高压锂离子电池电解液。
上述的锂离子电池，优选的，所述正极包括正极集流箔和附着在正极集流箔上的正极活性材料。
上述的锂离子电池，优选的，所述隔膜为聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、尼龙布、玻璃纤维和石棉纸中的一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，在电解液中加入多巴胺，因为多巴胺的在4.4V的时候优先于电解液的其他成分开始分解，多巴胺分解后的产物附着在正极活性材料上形成SEI膜，其能够抑制电解液的其他成分的氧化分解，使得SEI膜的厚度能够得到很好的控制。
附图说明
图1为实施例1和对比例1的循环稳定性能图。
图2 为实施例1和对比例1在开路到5.5V的循环伏安曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
一种耐高压锂离子电池电解液，包括溶剂、溶质和添加剂，所述添加剂包括多巴胺，所述多巴胺占电解液总重量的0.05-0.5%。优选的是多巴胺占电解液总重量的0.1%。在电解液中加入多巴胺，因为多巴胺的在4.4V的时候优先于电解液的其他成分开始分解，多巴胺分解后的产物附着在正极活性材料上形成SEI膜，其能够抑制电解液的其他成分的氧化分解，使得SEI膜的厚度能够得到很好的控制。并且加入多巴胺后，电池的内阻能够得到有效的降低。
在本发明中，所述溶剂包括乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、四甲基砜、碳酸二甲酯以及甲基乙基酮的一种或者多种。
在本发明中，锂盐选自LiPF6、LiBF4和 LiClO4中的至少一种。
在本发明中，所述锂盐的浓度为1.2mol/L-1.5mol/L。
在本发明中，所述添加剂还包括无机成膜添加剂，所述无机成膜添加剂包括硫化锂、硫酸锂、碳酸锂、氧化锂和碳酸钾中一种或多种。
在本发明中，所述添加剂还包括防过充保护添加剂，所述防过充保护添加剂包括联苯、环已基苯、二甲苯、2-氟联苯、2,4-二氟联苯，1,2-二甲氧基-4-硝基苯、苯乙烷和三联苯中的一种或多种。
一种锂离子电池，包括正极、隔膜和负极，其特征在于：还包括权利要求1-权利要求7任一项所述的耐高压锂离子电池电解液。正极包括正极集流箔和附着在正极集流箔上的正极活性材料。隔膜为聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、尼龙布、玻璃纤维和石棉纸中的一种。
实施例1
将1.2mol/L的LiPF6溶解于重量比为1：1：1的乙烯碳酸酯（EC）/碳酸甲乙烯酯（EMC）/碳酸二甲酯（DMC）的混合溶液中形成空白的电解液，然后想空白电解液中加入质量比为0.1%的多巴胺作为添加剂，也就是多巴胺占电解液总重量的0.1%。组装成为LiNi0.5Mn1.5O4的锂离子电池。作为对比，将空白电解液也组装成为LiNi0.5Mn1.5O4的锂离子电池，形成对比例1.
在1C电流密度下，先恒电流充电至4.9V，静置5min后转为同样电流密度下放电到3V；电池的循环稳定性能如图1所示，可以看出多巴胺的加入有利于电池容量的发挥。
在本实施例中，在加入多巴胺后首圈库伦效率由空白电解液的60.5%上升到87.3%。
如图2所示，为实施例1和对比例1在开路到5.5V的循环伏安曲线。由图可以看出，两种电解液的正极均在4V左右表现出Mn离子的氧化峰，在4.8V左右出现Ni离子的氧化峰；因此多巴胺的加入对电池的电化学反应没有影响。在图中还可以看出，在4.4V的时候多巴胺优先电解液的其他组分发生氧化分解，并且在4.9V的时候峰电流强度大于与空白电解液，也就是说，在4.9V的时候多巴胺还在分解，直到5.0V之后电解液的其他成分才开始分解，原因是多巴胺全部分解了。由此可以看出多巴胺分解形成的SEI膜可以抑制电解液在高压下的氧化分解，SEI膜的厚度也能够得到有效的控制。

Claims (10)

1.一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：包括溶剂、溶质和添加剂，所述添加剂包括多巴胺，所述多巴胺占电解液总重量的0.05-0.5%。
2.根据权利要求1所述的耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述多巴胺占电解液总重量的0.1%。
3.根据权利要求1所述的耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述溶剂包括乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、四甲基砜、碳酸二甲酯以及甲基乙基酮的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐选自LiPF6、LiBF4和 LiClO4中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐的浓度为1.2mol/L-1.5mol/L。
6.根据权利于要求1所述的耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂还包括无机成膜添加剂，所述无机成膜添加剂包括硫化锂、硫酸锂、碳酸锂、氧化锂和碳酸钾中一种或多种。
7.根据权利于要求1所述的耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂还包括防过充保护添加剂，所述防过充保护添加剂包括联苯、环已基苯、二甲苯、2-氟联苯、2,4-二氟联苯，1,2-二甲氧基-4-硝基苯、苯乙烷和三联苯中的一种或多种。
8.一种锂离子电池，包括正极、隔膜和负极，其特征在于：还包括权利要求1-权利要求7任一项所述的耐高压锂离子电池电解液。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极包括正极集流箔和附着在正极集流箔上的正极活性材料。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述隔膜为聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、尼龙布、玻璃纤维和石棉纸中的一种。
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