CN111540951A - 一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液。该高压电解液是通过往基础锂离子电解液中添加1‑叔丁基‑1‑甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂制备得到的。该高压电解液组分包括基础锂电池有机溶剂、基础电解质锂盐以及1‑叔丁基‑1‑甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂。采用此高压电解液装配的钛酸锂全电池在2.7V‑3.4V电压范围内具有良好的循环性能。该电解液能够在钛酸锂负极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜（SEI膜），抑制了电解液在钛酸锂表面的副反应，减少了气体的产生，从而降低了电极的极化和电解液的分解对电池性能的影响，有效提高了电池的循环性能。

Description

一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液。
背景技术
钛酸锂是一种具有面心立方尖晶石结构的化合物，其对锂离子具有一定的容纳空间，一个钛酸锂分子能容纳三个锂离子。在锂离子电池充放电过程中，锂离子嵌入以及脱嵌的行为对钛酸锂的材料结构几乎没有影响，晶体结构几乎无变化，因而钛酸锂被称为零应变材料。钛酸锂作为电池负极材料具有优异的循环性能、高安全性以及优良的高低温性能。但是由于钛酸锂所能嵌入的锂离子数量不多，导致其制备的电池能量密度低。为此需提高钛酸锂电池电压，以提高电池的能量密度。由于高电压会加速常规电解液在钛酸锂表面发生的副反应，造成电池出现严重胀气现象，大幅降低了电池的循环寿命。因此需要对常规电解液进行改良，使得其能够适配高压钛酸锂电池。
发明内容
针对目前高电压会促进常规电解液在钛酸锂表面发生的副反应，进而降低电池的循环寿命的问题，通过采用将离子液体与常规电解液混合的办法改进电解液的适配性，并使其能在高压下适配锂离子电池钛酸锂负极，本发明目的在于提供一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液。
本发明目的通过以下方案实现：一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂，由电解质锂盐与有机溶剂混合，并添加1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂制备得到的，共溶剂1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺在电解液中的质量分数为0.01%~5%，其中，所述的电解质锂盐中包括：浓度为1M的六氟磷酸锂，以及四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中一种或几种的其他锂盐，所述的其他锂盐的总质量与六氟磷酸锂的质量比为0.01-0.05：1。
所述的有机溶剂为碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）的混合物，质量比例为25~30：15~25：10~25。
具体方法是添加离子液体1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺放入常规电解液中，得到新的高压电解液。该高压电解液可适配钛酸锂负极材料，并显著提高钛酸锂电池的循环次数。
本发明优越性在于：采用此高压电解液装配的钛酸锂全电池在2.7V-3.4V电压范围内具有良好的循环性能。该电解液能够在钛酸锂负极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜（SEI膜），抑制了电解液在钛酸锂表面的副反应，减少了气体的产生，从而降低了电极的极化和电解液的分解对电池性能的影响，有效提高了电池的循环性能。
附图说明
图1是实施例1中含1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺的锂离子电池高压电解液全电池循环图（正极为镍锰酸锂，负极为钛酸锂，循环电位范围为2.7V-3.4V）。
该电池的正极为镍锰酸锂，负极为钛酸锂，循环电位范围为2.7V-3.4V。由图1可知，全电池在经历100个循环后，其放电比容量仍保持在90%以上，表明该电解液有效提高了钛酸锂负极材料的循环能力。
具体实施方式
实施例1
一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂，由电解质锂盐与有机溶剂混合，并添加1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂制备得到的，按下述步骤配制：
a) 取共溶剂1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺与碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）混合均匀，其中1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺为总质量的5%，PC：DEC：EMC的质量比为5：3：2，从而获得高压电解液前驱体；
b) 往上述高压电解液前驱体中分别加入六氟磷酸锂和双草酸硼酸锂混合均匀，其中，六氟磷酸锂的浓度为1M，双草酸硼酸锂：六氟磷酸锂的质量比为0.05：1，从而获得目标产物。
图1是本实施例1中含1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺的锂离子电池高压电解液全电池循环图，其中，正极为镍锰酸锂，负极为钛酸锂，循环电位范围为2.7V-3.4V。
由图1可知，全电池在经历100个循环后，其放电比容量仍保持在90%以上，表明该电解液有效提高了钛酸锂负极材料的循环能力。
实施例2
一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液，与实施例1近似，按下述步骤配制：
a) 取1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺与碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）混合均匀，其中1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺为总质量的5%，PC：DEC：EMC的质量比为1：1：1，从而获得高压电解液前驱体。
b) 将电解液前驱体、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和双草酸硼酸锂混合均匀，其中六氟磷酸锂的浓度为1M，四氟硼酸锂：双草酸硼酸锂：六氟磷酸锂的质量比为0.025：0.025：1，从而获得目标产物。
实施例3
一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液，与实施例1近似，按下述步骤配制：
a) 取1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺与碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）混合均匀，其中1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺为总质量的1%，PC：DEC：EMC的质量比为1：1：1，从而获得高压电解液前驱体。
b) 将电解液前驱体、六氟磷酸锂和四氟硼酸锂混合均匀，其中六氟磷酸锂的浓度为1M，四氟硼酸锂：六氟磷酸锂的质量比为0.05：1，从而获得目标产物。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂，其特征在于，由电解质锂盐与有机溶剂混合，并添加1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂制备得到的，共溶剂1-叔丁基-1-甲基砒咯二（三氟甲基磺酰）亚胺在电解液中的质量分数为0.01%~5%，其中，所述的电解质锂盐中包括：浓度为1M的六氟磷酸锂，以及四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中一种或几种的其他锂盐，所述的其他锂盐的总质量与六氟磷酸锂的质量比为0.01-0.05：1。
2.根据权利要求1所述的一种用于钛酸锂负极材料的锂离子电池高压电解液，其特征在于，有机溶剂为碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）的混合物，质量比例为25~30：15~25：10~25。
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