CN110970656A - 能改善锂离子电池性能的添加剂和电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了能改善锂离子电池性能的添加剂和电解液，所述的添加剂为缩氨基硫脲类衍生物，所述的电解液包括有机溶剂、锂盐，以及添加剂——缩氨基硫脲类衍生物。在锂离子电池电解液中加入添加剂——缩氨基硫脲类衍生物，有助于在锂离子电池电解液中与阴离子强烈配对，增加离子溶解性和导电性，从而提高锂离子的迁移数和石墨负极的循环效率，有效抑制HF的生成，降低HF对SEI膜性能的影响，从而有效提高锂离子电池性能。

Description

能改善锂离子电池性能的添加剂和电解液
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及锂离子电池的添加剂和电解液。
背景技术
随着人类社会的发展，石油、天然气等传统化石能源不断枯竭，人们对环保问题也越来越重视，开发绿色环保的新型能源和发展新型高效的储能技术迫在眉睫。锂离子电池有体积小、能量密度高、工作电压高、循环寿命长、环境友好、无记忆效应和自放电小等优点，因此被广泛应用于便携式电子设备如手机、数码相机、笔记本电脑中。随着科技的进步，锂离子电池的应用领域日益扩大，新型动力能源、储能、国防军事等均有应用，这同时对锂离子电池也提出了更高的要求，高功率、大电流等性能成为了锂离子电池发展的必然要求。
为了适应这种要求，提高锂离子电池的导电性以及锂离子的离子迁移数已成为了一个研究热点。在锂离子电池非水电解液中采用新型的导电添加剂是提高其导电性、增加锂离子迁移数的有效途径，且具有用量少、成本低等特点。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能改善锂离子电池性能的添加剂和电解液。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：能改善锂离子电池性能的添加剂，所述的添加剂为缩氨基硫脲类衍生物，缩氨基硫脲类衍生物的结构式如下：
Figure BDA0001815107950000011
其中R1～R4表示H或卤素或烷基或芳基或杂环。
进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的添加剂，其中，所述的添加剂为4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲。
能改善锂离子电池性能的电解液，包括有机溶剂、锂盐以及添加剂，所述的添加剂包括缩氨基硫脲类衍生物，缩氨基硫脲类衍生物的结构式如下：
Figure BDA0001815107950000021
其中R1～R4表示H或卤素或烷基或芳基或杂环。
进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述的缩氨基硫脲类衍生物为4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲。
进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的电解液，其中，添加剂缩氨基硫脲类衍生物在锂离子电池电解液中的质量分数为0.1％～5％，包含两端端值。
进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述的锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂中一种或几种。
进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述的锂盐优选为六氟磷酸锂。
进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述的有机溶剂包括环状碳酸酯和/或线性碳酸酯。
更进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述的环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种。
进一步地，前述的能改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述的线性碳酸酯为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯中一种或几种。
本发明的优点是：加入添加剂——缩氨基硫脲类衍生物有助于在锂离子电池电解液中与阴离子强烈配对，增加离子溶解性和导电性，从而提高锂离子的迁移数和石墨负极的循环效率，有效抑制HF的生成，降低HF对SEI膜性能的影响，从而有效提高锂离子电池性能。
具体实施方式
下面对本发明所述的能改善锂离子电池性能的添加剂和电解液做详细介绍。
能改善锂离子电池性能的添加剂，所述的添加剂为缩氨基硫脲类衍生物，缩氨基硫脲类衍生物的结构式如下：
Figure BDA0001815107950000031
其中R1～R4表示H或卤素或烷基或芳基或杂环。所述的添加剂优选为4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲。
能改善锂离子电池性能的电解液，包括有机溶剂、锂盐以及添加剂，所述的添加剂包括缩氨基硫脲类衍生物，缩氨基硫脲类衍生物的结构式如下：
Figure BDA0001815107950000032
其中R1～R4表示H或卤素或烷基或芳基或杂环。添加剂缩氨基硫脲类衍生物在锂离子电池电解液中的质量分数为0.1％～5％，包含两端端值。所述的缩氨基硫脲类衍生物优选为4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲。
所述的锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂中一种或几种。锂盐优选为六氟磷酸锂。
所述的有机溶剂包括环状碳酸酯和/或线性碳酸酯。其中，环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种。其中，线性碳酸酯为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯中一种或几种。
为了对本发明所述的能改善锂离子电池性能的添加剂和电解液做进一步详细介绍，下面给出加入不同浓度添加剂的锂离子电池电解液的实施例。
实施例1。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC质量比为EC:DMC＝1:2)混合均匀，用分子筛除水除杂，按照1mol/L的浓度比例将六氟磷酸锂溶解到混合溶剂中，然后加入4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲，4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲在溶液中的质量分数为0.1％，得到锂离子电池电解液。
实施例2。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC质量比为EC:DMC＝1:2)混合均匀，用分子筛除水除杂，按照1mol/L的浓度比例将六氟磷酸锂溶解到混合溶剂中，然后加入4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲，4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲在溶液中的质量分数为0.5％，得到锂离子电池电解液。
实施例3。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC质量比为EC:DMC＝1:2)混合均匀，用分子筛除水除杂，按照1mol/L的浓度比例将六氟磷酸锂溶解到混合溶剂中，然后加入4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲，4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲在溶液中的质量分数为1％，得到锂离子电池电解液。
实施例4。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC质量比为EC:DMC＝1:2)混合均匀，用分子筛除水除杂，按照1mol/L的浓度比例将六氟磷酸锂溶解到混合溶剂中，然后加入4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲，4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲在溶液中的质量分数为2％，得到锂离子电池电解液。
实施例5。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC质量比为EC:DMC＝1:2)混合均匀，用分子筛除水除杂，按照1mol/L的浓度比例将六氟磷酸锂溶解到混合溶剂中，然后加入4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲，4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲在溶液中的质量分数为5％，得到锂离子电池电解液。
实施例6。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC质量比为EC:DMC＝1:2)混合均匀，用分子筛除水除杂，按照1mol/L的浓度比例将六氟磷酸锂溶解到混合溶剂中，然后加入4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲，4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲在溶液中的质量分数为8％，得到锂离子电池电解液。
为了对实施例1～实施例6中配制的锂离子电池电解液的性能做出直观的说明，下面给出比较例。
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)(EC与DMC质量比为EC:DMC＝1:2)混合均匀，用分子筛除水除杂，按照1mol/L的浓度比例将六氟磷酸锂溶解到混合溶剂中，得到锂离子电池电解液。
常温下，对实施例1-6以及比较例中配制的锂离子电池电解液，进行测试，得表1。
表1：
Figure BDA0001815107950000051
。
在充氩气的手套箱中(H2O<10ppm)，以实施例1-6以及比较例中配制的锂离子电池电解液，分别组装成锂离子电池。以0.1C充放电对各锂离子电池进行化成，测各锂离子电池首次充放电效率。在常温下用恒流1C的电流进行充电，4.4V恒压充电，截止电流0.02C，后恒流1C的电流放电至2.75V循环100圈测各锂离子电池的容量保持率。
测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0001815107950000062
加入添加剂——缩氨基硫脲类衍生物有助于在锂离子电池电解液中与阴离子强烈配对，增加离子溶解性和导电性，提高锂离子的迁移数和石墨负极的循环效率，从而大大提高锂离子电池性能；同时，缩氨基硫脲类衍生物的添加还能有效抑制HF的生成，降低HF对SEI膜性能的影响，从而进一步有效提高锂离子电池性能。从表1和表2可以明显得到：缩氨基硫脲类衍生物在锂离子电池电解液中的质量分数为0.1％～5％时，锂离子电池电解液的电导率和锂离子迁移数明显增大，锂离子电池的首次效率和100圈容量保持率也明显提高，即锂离子电池的性能得到有效提高。

Claims (10)

1.能改善锂离子电池性能的添加剂，其特征在于：所述的添加剂为缩氨基硫脲类衍生物，缩氨基硫脲类衍生物的结构式如下：
Figure FDA0001815107940000011
其中R1～R4表示H或卤素或烷基或芳基或杂环。
2.根据权利要求1所述的能改善锂离子电池性能的添加剂，其特征在于：所述的添加剂为4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲。
3.能改善锂离子电池性能的电解液，包括有机溶剂、锂盐以及添加剂，其特征在于：所述的添加剂包括缩氨基硫脲类衍生物，缩氨基硫脲类衍生物的结构式如下：
Figure FDA0001815107940000012
其中R1～R4表示H或卤素或烷基或芳基或杂环。
4.根据权利要求3所述的能改善锂离子电池性能的电解液，其特征在于：所述的缩氨基硫脲类衍生物为4'-乙酰基苯并-15-冠-5缩氨基硫脲。
5.根据权利要求3或4所述的能改善锂离子电池性能的电解液，其特征在于：添加剂缩氨基硫脲类衍生物在锂离子电池电解液中的质量分数为0.1％～5％，包含两端端值。
6.根据权利要求4所述的能改善锂离子电池性能的电解液，其特征在于：所述的锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂中一种或几种。
7.根据权利要求4所述的能改善锂离子电池性能的电解液，其特征在于：所述的锂盐优选为六氟磷酸锂。
8.根据权利要求4所述的能改善锂离子电池性能的电解液，其特征在于：所述的有机溶剂包括环状碳酸酯和/或线性碳酸酯。
9.根据权利要求6所述的能改善锂离子电池性能的电解液，其特征在于：所述的环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种。
10.根据权利要求6所述的能改善锂离子电池性能的电解液，其特征在于：所述的线性碳酸酯为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯中一种或几种。
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