CN111293364B - 一种非水电解液及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非水电解液，包括锂盐、有机溶剂，所述的有机溶剂包括氰类有机硅化合物和其他有机溶剂，所述的氰类有机硅化合物为

Description

一种非水电解液及锂离子电池
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种非水电解液及锂离子电池。
背景技术
目前，非水系锂离子电池所使用的非水溶剂主要是有机碳酸酯类、羧酸酯类化合物。另外，电解液中混合LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、Li2SiF6等电解质。碳酸酯基团能够提高材料的介电常数，有利于离子的离解，从而提高材料的离子电导率。然而，碳酸酯类材料具有很高的可燃性致使锂离子电池在技术上存在巨大的安全隐患。尤其是在要求高安全性、大容量和高倍率放电的混合动力和纯电动汽车应用领域，安全性是制约这些材料应用的重要因素。因此，国内外都在积极地研究开发安全、有效和环境友好的新一代有机电解液材料。
近年，对非水系电解液进行了各种研究。Minato Egashira报道了含氰基的饱和脂肪族季铵盐离子液体，发现氰基有利于离子的离解。杨立公开了一种含氰基的基于吗啉阳离子的离子液体化合物在锂离子电池中的应用。长谷川规史公开了含有在两末端结合了腈的二腈化合物作为共溶剂及添加剂在锂离子电池中的应用，研究表明该类二腈化合物电化学窗口宽，且即使反复充放电都难以降低充放电量的锂离子电池用电解液。有机硅化合物具有优良的热稳定性、高电导率、无毒性、低可燃性和高分解电压等优点从而引起研究兴趣。Doron Aurbach等人报道了在常规电解液中加入1％的有机硅化合物用作添加剂能明显改善电池的高温性能。West等人在专利中公开了一种含聚烷氧基醚类的有机硅化合物。但是，仍然需要对这一领域进行深入研究，以期能开发新型有机硅电解质材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以氰类有机硅化合物为主溶剂或共溶剂的非水电解液及锂离子电池，从而提高离子电导率、减少溶胀，提高锂离子电池的高温循环与安全性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明的一个目的是提供一种非水电解液，包括锂盐、有机溶剂，所述的有机溶剂包括氰类有机硅化合物和其他有机溶剂，所述的氰类有机硅化合物为
Figure BDA0001898138180000021
所述的氰类有机硅化合物的质量为所述的有机溶剂总质量的50％～100％；所述的其他有机溶剂为碳酸酯类和/或腈类有机溶剂。
优选地，所述的氰类有机硅化合物的质量为所述的有机溶剂总质量的50％～80％，进一步优选为75％～80％。
优选地，所述的碳酸酯类有机溶剂为选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、及其衍生物中的一种或几种；所述的腈类有机溶剂为选自丁二腈、戊二腈、1,3,6-己烷三腈、3-羟基丙腈、甲氧基丙腈中的一种或几种。
进一步优选地，所述的其他有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯的混合溶剂。
优选地，所述的锂盐为LiPF6、LiBF4、CF3LiO3S、C4BLiO8、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、LiPO2F2、LiTFSI中的一种或几种。
进一步优选地，所述的锂盐为LiPF6和LiTFSI。
优选地，所述的锂盐的浓度为0.5～1.8mol/L，进一步优选为0.5～1mol/L，更优选为0.5～0.7mol/L。
优选地，所述的非水电解液还包括占所述的非水电解液总质量0.5％～5％的功能添加剂，所述的功能添加剂为二草酸硼酸锂(LiBOB)、N,N-二甲基乙酰胺、双三甲基硅硫酸酯、部分氟代醇取代乙二醇、1.2.3-三(2-氰氧基)丙烷、亚硫酸丙烯酯(PS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)中的一种或几种。
根据一种具体且优选实施方式，所述的锂盐为LiPF6和LiTFSI；所述的氰类有机硅化合物的质量为所述的有机溶剂总质量的75％～80％；所述的其他有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯的混合溶剂；所述的功能添加剂为二草酸硼酸锂和碳酸乙烯亚乙酯。
本发明通过锂盐、有机溶剂和功能添加剂的组合使用，使得电池的高温循环性能以及闪电进一步提高。
进一步优选地，所述的LiPF6的浓度为0.2～0.4mol/L；所述的LiTFSI的浓度为0.1～0.3mol/L；所述的碳酸乙烯酯、所述的碳酸二甲酯、所述的碳酸甲乙酯的投料质量比为0～1：0～1：0～1；所述的二草酸硼酸锂的投料质量为所述的非水电解液总质量的2.5％～3.5％；所述的碳酸乙烯亚乙酯的投料质量为所述的非水电解液总质量的1.5％～2.5％。
更为优选地，所述的碳酸乙烯酯、所述的碳酸二甲酯、所述的碳酸甲乙酯的投料质量比为0.5～1：0.5～1：1。
本发明的另一个目的是提供一种锂离子电池，所述的锂离子电池的电解液为上述非水电解液。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明以氰类有机硅化合物作为主溶剂或共溶剂配制的电解液具有优异的热稳定性，明显提高锂离子电池的高温循环寿命，高温时减少溶胀，充分发挥电解液的阻燃性，增加非水电解质溶液的闪点，改善其安全性能，更好的降低电池的失效率以满足其商业化的应用要求。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。本文中若未特殊说明，“％”代表质量百分比，比例代表质量比。
表1列举了实施例和对比例的非水电解液的成分组成，以及采用实施例和对比例的非水电解液的电池的容量保持率和电解液闪点。电池的容量保持率测试方法：将该电解液滴加到钴酸锂扣电，组装成扣式半电池，在室温下0.2C进行充放电，用其100圈的放电容量除以第一圈的放电容量，即得容量保持率。电解液闪点采用闭口杯法测量实施例与对比例所制备的电解液的闪点，所用仪器为吉林省东方胃岸科技技术有限公司生产的SBB-06型闪点仪，每个试样测量三次取平均值，测的结果如表1所示。其中，实施例的氰类有机硅化合物为
Figure BDA0001898138180000041
对比例2至4的氰类有机硅化合物为式(1)中的F原子由Cl原子代替的氰类有机硅化合物。
表1
Figure BDA0001898138180000042
Figure BDA0001898138180000051
Figure BDA0001898138180000061
Figure BDA0001898138180000071
Figure BDA0001898138180000081
由上述实施例和对比例可见，采用本发明的氰类有机硅化合物做共溶剂的非水电解液，电池的容量保持率得到有效提高，电池的循环寿命增加，同时也提高其阻燃性，增大其应用范围。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非水电解液，包括锂盐、有机溶剂，其特征在于：所述的有机溶剂包括氰类有机 硅化合物和其他有机溶剂，所述的氰类有机硅化合物为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；所述的氰 类有机硅化合物的质量为所述的有机溶剂总质量的50%~100%；所述的其他有机溶剂为碳酸 酯类和/或腈类有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的氰类有机硅化合物的质量为所述的有机溶剂总质量的50%~80%。
3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的碳酸酯类有机溶剂为选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二甲酯、及其衍生物中的一种或几种；所述的腈类有机溶剂为选自丁二腈、戊二腈、1,3,6-己烷三腈、3-羟基丙腈、甲氧基丙腈中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的锂盐为LiPF6、LiBF4、CF3LiO3S、C4BLiO8、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、LiPO2F2、LiTFSI中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的锂盐的浓度为0.5~1.8mol/L。
6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的非水电解液还包括占所述的非水电解液总质量0.5%~5%的功能添加剂，所述的功能添加剂为二草酸硼酸锂、N,N-二甲基乙酰胺、双三甲基硅硫酸酯、部分氟代醇取代乙二醇、1.2.3-三(2-氰氧基)丙烷、亚硫酸丙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的非水电解液，其特征在于：所述的锂盐为LiPF6和LiTFSI；所述的氰类有机硅化合物的质量为所述的有机溶剂总质量的75%~80%；所述的其他有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种；所述的功能添加剂为二草酸硼酸锂和碳酸乙烯亚乙酯。
8.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于：所述的LiPF6的浓度为0.2~0.4mol/L；所述的LiTFSI的浓度为0.1~0.3mol/L；所述的碳酸乙烯酯、所述的碳酸二甲酯、所述的碳酸甲乙酯的投料质量比为0~1：0~1：0~1；所述的二草酸硼酸锂的投料质量为所述的非水电解液总质量的2.5%~3.5%；所述的碳酸乙烯亚乙酯的投料质量为所述的非水电解液总质量的1.5%~2.5%。
9.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于：所述的碳酸乙烯酯、所述的碳酸二甲酯、所述的碳酸甲乙酯的投料质量比为0.5～1：0.5～1：1。
10.一种锂离子电池，其特征在于：所述的锂离子电池的电解液为权利要求1至9中任一项所述的非水电解液。
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