CN111200165A - 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池 - Google Patents
一种锂离子电池用电解液及锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111200165A CN111200165A CN202010142536.2A CN202010142536A CN111200165A CN 111200165 A CN111200165 A CN 111200165A CN 202010142536 A CN202010142536 A CN 202010142536A CN 111200165 A CN111200165 A CN 111200165A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium
- ion battery
- electrolyte
- lithium ion
- positive electrode
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 52
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 12
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- CXULZQWIHKYPTP-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) manganese(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[O--].[Mn++].[Co++].[Ni++] CXULZQWIHKYPTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 claims description 5
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WDXYVJKNSMILOQ-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2-oxide Chemical compound O=S1OCCO1 WDXYVJKNSMILOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910014248 MzO2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AVTOEKKTKXLWDL-UHFFFAOYSA-N acetylene;1,3-dioxolan-2-one Chemical compound C#C.O=C1OCCO1 AVTOEKKTKXLWDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- IGILRSKEFZLPKG-UHFFFAOYSA-M lithium;difluorophosphinate Chemical compound [Li+].[O-]P(F)(F)=O IGILRSKEFZLPKG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- OWNSEPXOQWKTKG-UHFFFAOYSA-M lithium;methanesulfonate Chemical compound [Li+].CS([O-])(=O)=O OWNSEPXOQWKTKG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims 3
- ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide Chemical compound O=S1(=O)OCCO1 ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- SYRDSFGUUQPYOB-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-].FC(=O)C(F)=O Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-].FC(=O)C(F)=O SYRDSFGUUQPYOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N carbon disulfide-14c Chemical compound S=[14C]=S QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims 1
- DEUISMFZZMAAOJ-UHFFFAOYSA-N lithium dihydrogen borate oxalic acid Chemical compound B([O-])(O)O.C(C(=O)O)(=O)O.C(C(=O)O)(=O)O.[Li+] DEUISMFZZMAAOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 4
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 7
- SNQXJPARXFUULZ-UHFFFAOYSA-N dioxolane Chemical compound C1COOC1 SNQXJPARXFUULZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 2-(2-sulfanylethyl)isoindole-1,3-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(CCS)C(=O)C2=C1 UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBMUNILHNJLMBF-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-1,3,2$l^{5}-dioxaphospholane 2-oxide Chemical compound ClP1(=O)OCCO1 SBMUNILHNJLMBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004386 Erythritol Substances 0.000 description 1
- UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N Erythritol Natural products OCC(O)C(O)CO UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013075 LiBF Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013172 LiNixCoy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012258 LiPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N erythritol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N 0.000 description 1
- 229940009714 erythritol Drugs 0.000 description 1
- 235000019414 erythritol Nutrition 0.000 description 1
- VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N ethenyl sulfate;hydron Chemical compound OS(=O)(=O)OC=C VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DWYMPOCYEZONEA-UHFFFAOYSA-N fluorophosphoric acid Chemical compound OP(O)(F)=O DWYMPOCYEZONEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N manganese nickel Chemical compound [Mn].[Ni] ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBCUTHMOOONNBS-UHFFFAOYSA-N phosphorus pentafluoride Chemical compound FP(F)(F)(F)F OBCUTHMOOONNBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
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
- H01M10/056—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
- H01M10/052—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
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供了一种锂离子电池用电解液，包括正极保护添加剂，正极保护添加剂包括3,3双‑2‑氟‑2‑氧代‑1,3,2‑二氧磷杂环戊烷，其化学分子式如结构式1所示：
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用电解液及锂离子电池。
背景技术
目前，商业用锂离子电池的正极材料主要有锰酸锂、钴酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂几种，其充电截止电压一般不超过4.2V，随着科技的进步及市场的不断发展，提升锂离子电池的能量密度日益显得重要而迫切。除了现有材料和电池的制作工艺改进之外，高电压(4.35V-5V)正极材料是比较热门的研究方向之一，它是通过提升正极活性材料的充电深度来实现电池的高能量密度。
目前发现的高电压材料主要有：1)4.35-4.5V LCO。通过掺杂改性元素Mg、Al、Ti、Zr或包覆手段来提高LCO的工作电压，但钴的资源有限，且价格相对较高，因而主要用于3C领域的小型移动终端中；2)5V镍锰尖晶石(LNMS)。这种材料通过掺杂改性之后，即使使用常规电解液，也有不错的循环性能和倍率性能，但安全性较差，且容量低(130mAh/g)和压实低(3.1g/cm3)，相对其它高电压材料无明显优势；3)4.7V富锂高锰层状固溶体(OLO)。OLO容量(300mAh/g)、电压高，通过改性之后，首效能达到90％，但振实密度低(2.0g/cm3)、没有电压平台、循环性能较差、严重的电压滞后、安全性能差，导致其应用受到限制；4)4.35-4.4V三元材料。对称型(442，333)高电压三元材料容量高，循环性能良好，通过改性后，其上限电压可以提升到4.4V，且三元材料资源丰富，在价格上较高电压LCO有明显优势。
但是，随着上限电压的提升后，三元材料面临高温存储差、循环产气严重的问题。一方面可能是新开发的包覆或掺杂技术不太完善，另一方面即是电解液的匹配问题，常规的电解液在4.4V高电压下是会在电池正极表面氧化分解的，特别在高温条件下，会加速电解液的氧化分解，同时促使正极材料的恶化反应。因此，必须开发一种能耐4.4V高电压的电解液，进而实现锂离子电池电性能的优良发挥。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种锂离子电池用电解液，可提高高电压锂离子电池的高温存储和循环性能。
本发明的目的之二是提供一种含采用上述电解液制备的锂离子电池。
为实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池用电解液，包括正极保护添加剂，所述正极保护添加剂包括3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，其化学分子式如结构式1所示：
与现有技术相比，本发明的锂离子电池用电解液，引入了3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，可对正极起到保护作用，一方面，能够优化正极/电解液界面，能降低正极的表面活性而抑制电解液的氧化分解；另一方面，3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷中引入的氟、磷，有效提高电解液的高温存储性能，循环过程中产气量也明显减少，故而能提高高电压(4.4V)三元锂离子电池的高温存储性能和循环性能。
具体地，3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的制备方法如下：采用单氟磷酸和赤藓糖醇在碱性催化剂和加热的方式下，制得结构式1物质。其合成路线如下所示：
较佳地，还包括有机溶剂和锂盐，所述正极保护添加剂的用量占所述有机溶剂和所述锂盐总用量的0.1％-5％，比如可以为但不限于0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。
较佳地，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、甲基磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、二草酸硼酸锂(C4BLiO8)、二氟草酸硼酸锂(C2BF2LiO4)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟双草酸磷酸锂(LiDFBP)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。
较佳地，所述锂盐的浓度为0.5M-1.5M。
较佳地，所述有机溶剂选自链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类和杂环化合物中的至少一种。比如，可为但不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸丙酯(PP)、丙酸乙酯(EP)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的至少一种。
较佳地，还包括成膜添加剂，所述成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、亚乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、1,3丙磺酸内酯(PS)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、硫酸乙烯酯(DTD)中的至少一种。
相应地，本发明还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池采用上述电解液。
较佳地，锂离子电池还包括正极和负极，所述正极由镍钴锰氧化物材料制成。
较佳地，所述镍钴锰氧化物材料为高镍钴锰氧化物LiNixCoyMn(1-x-y)MzO2，其中，0.6<x<0.9，x+y≤1，M选自Al、Mg、Zr、Ti中的一种，0≤z<0.08。
较佳地，x＝0.6，y＝0.2，M为Zr，z＝0.03。
较佳地，负极为碳负极材料、硅负极材料或硅碳负极材料，优选采用硅碳负极材料(10％Si)。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但不构成对本发明的任何限制，实施例中所有试剂均可从市售获得。
实施例1
(1)电解液的制备：
在氩气氛围下，水分含量＜1ppm的真空手套箱中配制电解液，该电解液包括有机溶剂、锂盐、正极保护添加剂和成膜添加剂。其中，有机溶剂采用重量比为1:1:1的碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸；锂盐采用LiPF6，锂盐浓度为1.0mol/L；有机溶剂和锂盐的总用量为100重量份；成膜添加剂采用1重量份的碳酸亚乙烯酯(VC)和5重量份的氟代碳酸乙烯酯(FEC)；正极保护添加剂采用0.1重量份的3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，混合均匀，得到本发明的锂离子电池用电解液。
(2)正极极片的制备：正极活性材料选用LiNi6Co2Mn2M0.3O2。
(3)负极极片的制备：负极材料选用硅碳负极材料(10％Si)。
(4)采用步骤(1)～(3)的电解液、正极极片和负极极片制备成锂离子电池。
实施例2～7
实施例2～7中锂离子电池的制备与实施例1相同，不同点在于各实施例的电解液中采用不同重量份的3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，实施例2-7分别对应采用3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的重量份为0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份，而实施例1采用3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的重量份为0.1重量份。
实施例8
实施例8中锂离子电池的制备与实施例1相同，不同点在于：实施例8的电解液中采用成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)，而实施例1的电解液中采用成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)的混合物。
实施例9
实施例9中锂离子电池的制备与实施例1相同，不同点在于：实施例9的电解液中采用成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)，而实施例1的电解液中采用成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)的混合物。
实施例10
实施例10中锂离子电池的制备与实施例9相同，不同点在于：实施例9的电解液中采用成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)，而实施例10的电解液中采用成膜添加剂为1,3丙磺酸内酯(PS)。
对比例1
对比例1中锂离子电池的制备与实施例1相同，不同点在于：对比例1的电解液中不含3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，而实施例1的电解液采用3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷。
对比例2
(1)电解液的制备：
在氩气氛围下，水分含量＜1ppm的真空手套箱中配制电解液，该电解液包括有机溶剂、锂盐、正极保护添加剂和成膜添加剂。其中，有机溶剂采用重量比为1:1:1的碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸；锂盐采用LiPF6，锂盐浓度为1.0mol/L；有机溶剂和锂盐的总用量为100重量份；成膜添加剂采用1重量份的碳酸亚乙烯酯(VC)和5重量份的氟代碳酸乙烯酯(FEC)；正极保护添加剂采用0.1重量份的2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，混合均匀，得到本发明的锂离子电池用电解液。
其余与实施例1相同，在此不做阐述。
对实施例1～10和对比例1～2制备的锂离子电池进行高温储存性能和常温循环厚度膨胀测试，结果如表1所示。
其中：
高温储存性能测试：
在25℃下，将化成后的电池按照0.5C充到4.4V，再0.5C恒压4.4V，充到截止电流0.05C，然后用0.5C恒流放电至3.0V，记录电池容量C0。然后0.5C充到4.4V，再0.5C恒压4.4V，充到截止电流0.05C，置于60℃的环境中搁置14天后，将电池置于25℃的环境中搁置2小时，然后用0.5C恒流放电至3.0V，记录电池容量C1。然后0.5C充到4.4V，再0.5C恒压4.4V，充到截止电流0.05C，然后用0.5C恒流放电至3.0V，记录电池容量C2，记录结果如表1。其中用到的计算公式如下：
容量剩余率(％)＝(C1/C0)×100％。
容量恢复率(％)＝(C2/C0)×100％。
常温循环厚度膨胀：
在25℃下，测试满电电芯的厚度D0，将化成后的电池按照1C充到4.4V，再1C，4.4V恒压充到截止电流0.05C，然后用1C恒流放电至3.0V，然后将电池1C充放循环400周，测试满电厚度D1，计算厚度变化率(％)，记录结果如表1。其中用到的计算公式如下：
厚度变化率(％)＝(D1-D0)/(D0)×100％。
表1锂离子电池性能测试结果
由上表1中的记录结果可知，实施例1～10中锂离子电池的高温储存性能以及循环寿命较对比例1～2优良，主要是实施例1～10的电解液引入了3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，可对正极起到保护作用，一方面，能够优化正极/电解液界面，能降低正极的表面活性而抑制电解液的氧化分解；另一方面，3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷中引入的氟、磷，有效提高电解液的高温存储性能，循环过程中产气量也明显减少，故而能提高高电压(4.4V)三元锂离子电池的高温存储性能和循环性能。
对比实施例1及实施例8～9还可知，实施例1中锂离子电池的高温循环性能以及高温存储性能较实施例8～9优良。说明采用3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷与碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)的混合物配合可获得意料不到的效果，碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)协同作用可促进3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷对正极的保护，从而使得锂离子电池具有更好的高温储存性能以及循环寿命。
对比实施例9-10，可知，实施例10中锂离子电池的常温温循环性能以及高温存储性能较实施例9优良。可能是由于在高温条件下，六氟磷酸锂分解，产生五氟化磷(路易斯酸性)，促进了FEC的分解产气，加速恶化了电池的界面状态，导致电池的性能下降。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明做了详细的说明，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (10)
1.一种锂离子电池用电解液，其特征在于，包括正极保护添加剂，所述正极保护添加剂包括3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，其化学分子式如结构式1所示：
2.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，还包括有机溶剂和锂盐，所述正极保护添加剂的用量占所述有机溶剂和所述锂盐总用量的0.1％-5％。
3.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。
4.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述锂盐的浓度为0.5M-1.5M。
5.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类和杂环化合物中的至少一种。
6.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，还包括成膜添加剂，所述成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯、亚乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、1,3丙磺酸内酯、二氧化碳、二硫化碳、硫酸乙烯酯中的至少一种。
7.一种锂离子电池，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的锂离子电池用电解液。
8.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，还包括正极和负极，所述正极由镍钴锰氧化物材料制成。
9.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述镍钴锰氧化物材料为高镍钴锰氧化物LiNixCoyMn(1-x-y)MzO2，其中，0.6<x<0.9，x+y≤1，M选自Al、Mg、Zr、Ti中的一种，0≤z<0.08。
10.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极选自碳负极材料、硅负极材料或硅碳负极材料中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010142536.2A CN111200165B (zh) | 2020-03-04 | 2020-03-04 | 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010142536.2A CN111200165B (zh) | 2020-03-04 | 2020-03-04 | 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111200165A true CN111200165A (zh) | 2020-05-26 |
| CN111200165B CN111200165B (zh) | 2021-01-05 |
Family
ID=70746219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010142536.2A Active CN111200165B (zh) | 2020-03-04 | 2020-03-04 | 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111200165B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114122521A (zh) * | 2020-12-30 | 2022-03-01 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种锂离子电池用非水电解液及包括该非水电解液的锂离子电池 |
| CN114464765A (zh) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种新型正电极结构、其制备方法及电池 |
| CN114566707A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-31 | 上海兰钧新能源科技有限公司 | 锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090325065A1 (en) * | 2006-04-27 | 2009-12-31 | Mitsubishi Chemical Corporation | Non-aqueous liquid electrolyte and non-aqueous liquid electrolyte secondary battery |
| CN108365265A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-08-03 | 中山弘毅新材料有限公司 | 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 |
-
2020
- 2020-03-04 CN CN202010142536.2A patent/CN111200165B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090325065A1 (en) * | 2006-04-27 | 2009-12-31 | Mitsubishi Chemical Corporation | Non-aqueous liquid electrolyte and non-aqueous liquid electrolyte secondary battery |
| CN108365265A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-08-03 | 中山弘毅新材料有限公司 | 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114464765A (zh) * | 2020-11-09 | 2022-05-10 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种新型正电极结构、其制备方法及电池 |
| CN114464765B (zh) * | 2020-11-09 | 2024-05-03 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种新型正电极结构、其制备方法及电池 |
| CN114122521A (zh) * | 2020-12-30 | 2022-03-01 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种锂离子电池用非水电解液及包括该非水电解液的锂离子电池 |
| CN114122521B (zh) * | 2020-12-30 | 2023-12-19 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种锂离子电池用非水电解液及包括该非水电解液的锂离子电池 |
| CN114566707A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-31 | 上海兰钧新能源科技有限公司 | 锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111200165B (zh) | 2021-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111200165B (zh) | 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池 | |
| CN101682080A (zh) | 非水电解质和含有该非水电解质的电化学设备 | |
| CN110931865A (zh) | 含新型添加剂的锂离子电池用电解液及锂离子电池 | |
| CN111725575A (zh) | 高镍锂电池和汽车 | |
| CN109742445B (zh) | 双功能添加剂、包含其的电解液及锂离子电池 | |
| CN111313093B (zh) | 电解液和锂电池 | |
| CN113851716B (zh) | 非水电解液及其锂离子电池 | |
| CN102760906A (zh) | 一种电解液添加剂、含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN110190330B (zh) | 锂电池及其电解液、电解液的制备方法 | |
| CN113113668B (zh) | 电解液添加剂和含有该添加剂的非水电解液及锂离子电池 | |
| CN113066975B (zh) | 锂离子电池 | |
| CN111883834B (zh) | 一种非水锂离子电池电解液添加剂、包含其的电解液以及锂离子电池 | |
| CN115332631B (zh) | 一种高电压电解液及高电压锂离子电池 | |
| CN114156541B (zh) | 电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN111952667B (zh) | 一种电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN114447432B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 | |
| CN110416609B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池 | |
| CN112216867A (zh) | 电解液添加剂、锂离子高压电解液、锂离子电池 | |
| CN113764731A (zh) | 二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用 | |
| CN112186246B (zh) | 一种锂盐电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN112349951B (zh) | 包含含硫锂盐衍生物添加剂的非水电解液及锂离子电池 | |
| CN112993398B (zh) | 一种锂离子电池电解液及锂电池 | |
| CN114824483A (zh) | 非水电解液及其锂离子电池 | |
| CN115513524A (zh) | 电解液及含该电解液的锂离子电池 | |
| CN117996195A (zh) | 一种非水电解液及其碱金属离子电池 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231213 Address after: No. 8, Yong'an Road, Longqiao Town, Lujiang County, Hefei City, Anhui Province 231551 Patentee after: Hefei Saiwei Electronic Materials Co.,Ltd. Address before: No.2 Nanhua 2nd Road, Gaolan Port, nanshai Town, Jinwan District, Zhuhai City, Guangdong Province 519000 Patentee before: ZHUHAI SMOOTHWAY ELECTRONIC MATERIALS Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |