CN111082146A - 一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电材料技术领域，更具体而言，涉及一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，所述有机溶剂采用碳酸丙烯酯与链状碳酸酯，所述添加剂采用乙烯基亚硫酸乙烯酯、聚苯乙烯；乙烯基亚硫酸乙烯酯是一种新的含有不饱和双键和亚硫酸酯双官能团的有机分子，具有更低的最低未占据轨道能量，更容易得到电子，因此优于碳酸丙烯酯在石墨表面还原，形成SEI膜，阻止碳酸丙烯酯和溶剂化锂离子对石墨结构的破坏；聚苯乙烯使得电解液的还原产物在电极表面沉积均匀致密，优于与碳酸丙烯酯形成致密SEI膜，且保证锂盐良好的循环性。

Description

一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液
技术领域
本发明涉及锂电材料技术领域，更具体而言，涉及一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液。
背景技术
锂离子电池是通过锂离子在含锂过渡金属氧化物和贫锂石墨材料之间的嵌入和脱出实现能量的储存和释放。用于锂离子蓄电池的极性非质子溶剂，在电池首次充放电过程中不可避免地都要在碳负极与电解液的相界面上反应，形成覆盖在碳电极表面的钝化层，人们称之为固体电解质相界面(SEI)膜。优良的SEI膜不会溶解有机溶剂，允许锂离子自由地进出电极而溶剂分子无法穿越，从而阻止溶剂分子共插对电极的破坏，提高了电池的循环效率和可逆容量等性能。石墨负极在以PC为溶剂的电解液中形成的SEI膜疏松且不均匀，不足以完全覆盖负极表面，造成电池库伦效率降低，循环寿命衰减。当以PC为溶剂的电解液应用于含有石墨类电极材料的锂离子电池时，PC和溶剂化的锂离子会共同嵌入到石墨层间，导致石墨结构破坏，影响电池的电化学性能。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，有效地提高锂离子电池电解液中碳酸丙烯酯的含量，从而提高电池的初始放电容量、循环寿命和高低温放电性能。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，所述电解液由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，所述有机溶剂采用碳酸丙烯酯与链状碳酸酯，所述添加剂采用乙烯基亚硫酸乙烯酯、聚苯乙烯；按质量百分比的组成为锂盐10％-18％，碳酸丙烯酯为25％-60％，链状碳酸酯为15％-60％，乙烯基亚硫酸乙烯酯为1％-3％，聚苯乙烯为0.1％-10％。
进一步地，所述电解液按质量百分比的组成为：锂盐15％，碳酸丙烯酯为50％，链状碳酸酯为30％，乙烯基亚硫酸乙烯酯为2％，聚苯乙烯为3％。
进一步地，所述锂盐采用LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiFAP、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C4F9)2、LiC(SO2CF3)3、LiPF3(C3F7)3、LiB(CF3)4或LiBF3(C2F5)中的一种或多种混合物。
进一步地，所述电解液中乙烯基亚硫酸乙烯酯质量分数为20%时，电极材料采用CAG或CMS，此时电学性能最好。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明提供了一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，所述有机溶剂采用碳酸丙烯酯与链状碳酸酯，所述添加剂采用乙烯基亚硫酸乙烯酯、聚苯乙烯；乙烯基亚硫酸乙烯酯是一种新的含有不饱和双键和亚硫酸酯双官能团的有机分子，具有更低的最低未占据轨道能量，更容易得到电子，因此优于碳酸丙烯酯在石墨表面还原，形成SEI膜，阻止碳酸丙烯酯和溶剂化锂离子对石墨结构的破坏；聚苯乙烯使得电解液的还原产物在电极表面沉积均匀致密，优于与碳酸丙烯酯形成致密SEI膜，且保证锂盐良好的循环性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，所述电解液由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，所述有机溶剂采用碳酸丙烯酯与链状碳酸酯，所述添加剂采用乙烯基亚硫酸乙烯酯、聚苯乙烯；按质量百分比的组成为锂盐10％-18％，碳酸丙烯酯为25％-60％，链状碳酸酯为15％-60％，乙烯基亚硫酸乙烯酯为1％-3％，聚苯乙烯为0.1％-10％。
在本实施例中，所述电解液按质量百分比的组成为：锂盐15％，碳酸丙烯酯为50％，链状碳酸酯为30％，乙烯基亚硫酸乙烯酯为2％，聚苯乙烯为3％。
在本实施例中，所述锂盐采用LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiFAP、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C4F9)2、LiC(SO2CF3)3、LiPF3(C3F7)3、LiB(CF3)4或LiBF3(C2F5)中的一种或多种混合物。
在本实施例中，所述电解液中乙烯基亚硫酸乙烯酯质量分数为20%时，电极材料采用CAG或CMS，此时电学性能最好。
VES的分解机理为：
VES(C4H68O3)+2Li++2e-→Li2SO3+CH2=CH-CH=CH2↑ (1)
Li2SO3+6Li++6e-→Li2S+3Li2O (2)
VES(C4H6SO3)+Li++e-→ROSO2Li (3)
添加剂VES能优先于溶剂PC在石墨电极表面发生电化学还原反应，形成主要成分为Li2SO3、ROSO2Li、Li2S和Li2O的SEI膜，有效地阻止了PC和溶剂化锂离子对石墨结构的破坏。聚苯乙烯保证电极在电解液中完成充放电循环，同时促使VES在电解液中形成致密SEI膜。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，其特征在于：所述电解液由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，所述有机溶剂采用碳酸丙烯酯与链状碳酸酯，所述添加剂采用乙烯基亚硫酸乙烯酯、聚苯乙烯；按质量百分比的组成为锂盐10％-18％，碳酸丙烯酯为25％-60％，链状碳酸酯为15％-60％，乙烯基亚硫酸乙烯酯为1％-3％，聚苯乙烯为0.1％-10％。
2.根据权利要求1所述的一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，其特征在于：所述电解液按质量百分比的组成为：锂盐15％，碳酸丙烯酯为50％，链状碳酸酯为30％，乙烯基亚硫酸乙烯酯为2％，聚苯乙烯为3％。
3.根据权利要求1所述的一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，其特征在于：所述锂盐采用LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiFAP、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C4F9)2、LiC(SO2CF3)3、LiPF3(C3F7)3、LiB(CF3)4或LiBF3(C2F5)中的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种以碳酸丙烯酯为主溶剂的电解液，其特征在于：所述电解液中乙烯基亚硫酸乙烯酯质量分数为20%时，电极材料采用CAG或CMS。
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