CN111540953A - 一种用于镍锰酸锂正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镍锰酸锂正极材料的锂离子电池高压电解液。该电解液通过添加1‑叔丁基‑1‑甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂对常规电解液进行改性而获得。其组分含有有机溶剂、电解质锂盐和共溶剂1‑叔丁基‑1‑甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺。采用此高压电解液装配的扣式电池在3V‑5V的电压范围内具有良好的循环性能。该电解液能够在经历充放电过程中于镍锰酸锂正极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜，从而抑制了电极的极化和电解液的分解，使电池的循环性能大幅提高。

Description

一种用于镍锰酸锂正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，特别涉及一种用于镍锰酸锂正极材料的锂离子电池高压电解液。
背景技术
电解液是锂离子电池重要的组成部分，它是电池在充放电过程中离子运动的载体。随着新能源动力汽车、便携式电子产品以及规模储能等各领域的发展，对锂离子电池提出更高的能量密度需求。由于锂化负极材料的电位接近锂金属的电位，因此提高锂离子电池电压可以有效提高电池的能量密度，但也对电解液也随之提出了更高要求。常规电解液在高电位下易在正极材料表面发生副反应，导致电池性能急速衰减，无法与高电压正极材料进行匹配，因此研究高压电解液势在必行。目前，学术界和电池行业重点关注通过添加共溶剂的方法对常规电解液进行改进，提高其耐高压的性能，从而获得经济实用的高压电解液。1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺属于离子液体，具有热稳定性高、电化学窗口宽、安全性高等优点，可以作为共溶剂显著改善常规电解液在高电压下的性能。
发明内容
针对目前常规电解液在高电压进行循环充放电的条件下会在高压正极材料表面发生剧烈的氧化分解反应，导致锂离子电池循环寿命大幅下降的情况，对常规电解液进行改良，从而获得优良的高压电解液，本发明目的在于提供一种用于镍锰酸锂正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：一种用于镍锰酸锂正极材料的锂离子电池高压电解液，其特征在于该电解液通过添加1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂对常规电解液进行改性而获得，该电解液的组分含有有机溶剂、电解质锂盐和共溶剂1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺。
电解液中添加了共溶剂1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺，其中1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺在电解液中的质量分数为0.01%~5%。
有机溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）的混合物，质量分数比例为20~30：10~30：15~30。
电解质锂盐为六氟磷酸锂，其中六氟磷酸锂的浓度为1M。
具体方法是往常规电解液中添加离子液体1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺，从而制成改性高压电解液。改性后的高压电解液可大幅降低电解液在镍锰酸锂正极表面的副反应，并有效提高高压锂离子电池的循环寿命。
采用此高压电解液装配的扣式电池在3V-5V的电压范围内具有良好的循环性能。该电解液能够在经历充放电过程中于镍锰酸锂正极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜，从而抑制了电极的极化和电解液的分解，使电池的循环性能大幅提高。
附图说明
图1是实施例1中含1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺的锂离子电池高压电解液半电池循环图（正极为镍锰酸锂，负极为锂片，循环电位范围为3V-5V）。
具体实施方式
实施例1
一种用于镍锰酸锂正极材料的锂离子电池高压电解液，包括有机溶剂、电解质锂盐，通过添加1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂对常规电解液进行改性而获得，按下述步骤配制：
a) 共溶剂取1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺与由碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）组成的有机溶剂混合均匀，其中，1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺占总质量的比例为5%，EC：DEC：EMC的质量比为5：2：3，获得高压电解液前驱体。
b) 将1M的六氟磷酸锂与电解液前驱体溶液混合均匀，从而获得目标产物。
如图1所示，含1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺的锂离子电池高压电解液半电池循环图，其中，正极为镍锰酸锂，负极为锂片，循环电位范围为3V-5V。
由图1可知，该半电池经历100次充放电循环后，放电比容量仍保持在90%以上，具有良好的循环性能。
实施例2
一种用于镍锰酸锂正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-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺与碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）混合均匀，其中，1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺占总质量的比例为3%，EC：DEC：EMC的质量比为1：1：1，获得高压电解液前驱体。
b) 将1M六氟磷酸锂与电解液前驱体溶液混合均匀，从而获得目标产物。
实施例3
一种用于镍锰酸锂正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-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺与碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）混合均匀，其中，1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺占总质量的比例为1%，EC：DEC：EMC的质量比为5：3：3，获得高压电解液前驱体。
b) 将1M六氟磷酸锂与电解液前驱体溶液混合均匀，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 (3)

1.一种用于镍锰酸锂正极材料的锂离子电池高压电解液，包括有机溶剂、电解质锂盐，其特征在于，通过添加1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺共溶剂对常规电解液进行改性而获得，共溶剂1-叔丁基-1-甲基哌啶二（三氟甲基磺酰）亚胺在电解液中的质量分数为0.01%~5%。
2.根据权利要求1所述的一种用于镍锰酸锂正极材料的锂离子电池高压电解液，其特征在于，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）的混合物，质量分数比例为20~30：10~30：15~30。
3.根据权利要求1所述的一种用于镍锰酸锂正极材料的锂离子电池高压电解液，其特征在于，所述的电解质锂盐为六氟磷酸锂，其中，六氟磷酸锂的浓度为1M。
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