CN111430799A - 一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于锂离子电池的高压电解液，电解液包含复合锂盐，多元混合溶剂，复合添加剂。本发明利用碳酸酯复合溶剂与戊二腈或己二腈形成共混溶剂，其中，锂盐为六氟磷酸锂与二(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双(氟代磺酰)亚胺锂的二元或多元组合，溶剂为碳酸丙烯酯与戊二腈或己二腈多元混合溶剂，复合添加剂为噻吩和3‑烷氧基‑2‑羟基丙基氟化铵的复合。本发明可以有效提升电解液的电导率和粘度，同时防止在高压工作条件下，在电极表面形成稳定的固体电解质界面膜，并电解液的分解及对电极集流体的腐蚀。有助于提升新型正极材料锂离子电池的能量密度和稳定性。

Description

一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液
技术领域
本发明属于电化学领域，尤其涉及一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液。
背景技术
随着移动电子产品及电动汽车的发展，对新型高容量储能装置提出更高的要求，其中锂离子电池是提供移动电源的首选方案。然而现有的锂离子电池相关技术难以满足需求，因此亟需进一步提升锂离子电池的容量密度。
随着新的正极活性材料的发现和制备技术提升，锂离子电池的工作电压上限从原来的3V（vs Li/Li+）提高到4.5V（va Li/Li+）以上，然而目前相匹配的电解质在电压大于4.5V时稳定性差、循环不稳定，难以满足高电压下的长循环性能需求，因此亟需开发新型电解液配方，可以满足电池在高电压工作条件下的循环稳定性的需求。
本发明提供了一种有效改善锂离子电池在高电压条件下的循环性能，本发明包括复合溶剂、复合锂盐、复合添加剂，其特征在于：电解液包含复合锂盐，复合溶剂，复合添加剂。其中锂盐为六氟磷酸锂与二(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双(氟代磺酰)亚胺锂的二元或多元组合，溶剂为碳酸酯类与戊二腈或己二腈多元混合溶剂，复合添加剂为噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵的复合。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液。
本发明目的通过以下方案实现：一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，包含复合锂盐、溶剂和复合添加剂，其中，所述的锂盐为六氟磷酸锂与二(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双(氟代磺酰)亚胺锂的二元或多元组合，溶剂为碳酸酯复合溶剂与腈类溶剂的多元混合溶剂，复合添加剂为噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵的复合，其中，六氟磷酸锂的浓度为1mol/L；二(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双(氟代磺酰)亚胺锂的质量在多元混合溶剂中占比3～10wt%；复合添加剂在多元混合溶剂中占比为0.1～0.5wt%。
在上述方案基础上，所述的碳酸酯复合溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯，按质量比例为（25～30）：（18～23）：（15～23）：（30～35）组成的组合物；所述的腈类溶剂为戊二腈或己二腈中的一种，其在碳酸酯复合溶剂中占比为8～10%。
在上述方案基础上，复合添加剂中噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵的质量比为1：（1～2）。
在上述方案基础上，锂盐、多元混合溶剂和复合添加剂在惰性气体氛围下混合，惰性气体为高纯氮、高纯亚种的任意一种，含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm。
本发明提供一种简单可行的提升镍锰酸锂正极材料高压循环性能的电解液的制备方法，该方法制备的电解液可极大提升正极材料在高压充放电过程中的容量保持率。
附图说明
图1为以本发明的高压电解液组装半电池在工作电压3.0～4.9V之间的循环曲线。
具体实施方式
实施例1：
一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，包含复合锂盐、多元混合溶剂和复合添加剂，其中：
多元混合溶剂配制：所述的碳酸酯复合溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯，按质量比例为25：18：20：35的组合物，按质量浓度9%将戊二腈加入碳酸酯复合溶剂中；
复合添加剂配制：复合添加剂为质量比1：1的噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵的混合物，混合物占多元混合溶剂质量的0.1%；
电解液配制：所述的复合锂盐为六氟磷酸锂与二(三氟甲基磺酰)亚胺锂，按浓度1mol/L将六氟磷酸锂加入上述多元混合溶剂中，然后按浓度占多元混合溶剂质量的5%添加二(三氟甲基磺酰)亚胺锂；
复合锂盐，多元混合溶剂，复合添加剂在惰性气体氛围下混合，惰性气体为高纯氮、高纯亚种的任意一种，含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm。
实施例2：
一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，与实施例1近似，包含复合锂盐、多元混合溶剂和复合添加剂，只是多元混合溶剂各组份配比不同，其中：
多元混合溶剂配制：将碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯，按质量比例为30：20：15：35的碳酸酯复合溶剂，与按质量浓度8%加入戊二腈加入上述碳酸酯复合溶剂得到多元混合溶剂；
复合添加剂为：质量比1：1的噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵，二者占多元混合溶剂质量的0.1%；
电解液配制：复合锂盐为六氟磷酸锂与二(三氟甲基磺酰)亚胺锂，按浓度1mol/L将六氟磷酸锂加入上述多元混合溶剂中，然后按浓度占多元混合溶剂质量的5%添加二(三氟甲基磺酰)亚胺锂；复合锂盐，多元混合溶剂，复合添加剂在惰性气体氛围下混合，惰性气体为高纯氮、高纯亚种的任意一种，含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm。
利用本实施例2所得电解液组装半电池，半电池的正极为LNMO，负极为锂片。由图1可以看出，按本发明的电解液配方装配的电池有效抑制了电解液在高压充放电过程中的电解液分解，在100个循环周期放电容量仍保持在93%以上，因此具有极好的循环稳定性。
实施例3：
一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，与实施例1或2近似，包含复合锂盐、多元混合溶剂和复合添加剂，只是多元混合溶剂中腈类溶剂为己二腈，复合添加剂中噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵复合比不同，其中：
多元混合溶剂配制：将碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯，按质量比例为30：20：15：35的碳酸酯复合溶剂，与按质量浓度8%加入己二腈加入上述碳酸酯复合溶剂得到多元混合溶剂；
复合添加剂为：质量比1：2的噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵，二者占多元混合溶剂质量的0.5%；
电解液配制：复合锂盐为六氟磷酸锂与二(三氟甲基磺酰)亚胺锂，按浓度1mol/L将六氟磷酸锂加入上述多元混合溶剂中，然后按浓度占多元混合溶剂质量的10%添加双(氟代磺酰)亚胺锂；复合锂盐，多元混合溶剂，复合添加剂在惰性气体氛围下混合，惰性气体为高纯氮、高纯亚种的任意一种，含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm。
实施例4：
一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，包含复合锂盐、多元混合溶剂和复合添加剂，多元混合溶剂配制与实施例3相同，复合添加剂中噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵复合比不同，其中：
多元混合溶剂配制：将碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯，按质量比例为30：20：15：35的碳酸酯复合溶剂，与按浓度8%加入己二腈加入上述碳酸酯复合溶剂得到多元混合溶剂；
复合添加剂为：质量比1：1.5的噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵，二者占多元混合溶剂质量的0.3%；
电解液配制：复合锂盐为六氟磷酸锂与双(氟代磺酰)亚胺锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂，按浓度1mol/L将六氟磷酸锂加入上述多元混合溶剂中，然后按浓度占多元混合溶剂质量的10%添加双(氟代磺酰)亚胺锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂；复合锂盐，多元混合溶剂，复合添加剂在惰性气体氛围下混合，惰性气体为高纯氮、高纯亚种的任意一种，含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm。
上述的实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，电解液包含复合锂盐、溶剂和复合添加剂，其特征在于：所述的锂盐为六氟磷酸锂与二(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双(氟代磺酰)亚胺锂的二元或多元组合，溶剂为碳酸酯复合溶剂与腈类溶剂的多元混合溶剂，复合添加剂为噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵的复合，其中，六氟磷酸锂的浓度为1mol/L；二(三氟甲基磺酰)亚胺锂或双(氟代磺酰)亚胺锂的质量在多元混合溶剂中占比3～10wt%；复合添加剂在多元混合溶剂中占比为0.1～0.5wt%。
2.根据权利要求1所述的一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，其特征在于：所述的碳酸酯复合溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯，按质量比例为（25～30）：（18～23）：（15～23）：（30～35）组成的组合物；所述的腈类溶剂为戊二腈或己二腈中的一种，其在碳酸酯复合溶剂中占比为8～10%。
3.根据权利要求1所述的一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，其特征在于：复合添加剂中噻吩和3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵的质量比为1：（1～2）。
4.根据权利要求1所述的一种用于镍锰酸锂正极材料的高压电解液，其特征在于：锂盐，多元混合溶剂，复合添加剂在惰性气体氛围下混合，惰性气体为高纯氮、高纯亚种的任意一种，含水量小于10ppm，含氧量小于10ppm。
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