CN111584930B - 一种锂离子电池电解液及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池电解液及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池电解液及锂离子电池，该锂离子电池电解液包含特定种类配比的硼簇锂盐、腈类化合物和硫胺类化合物。该电解液能够在高压快充条件下提高由其制备的锂离子电池的循环次数和存储性能。

Description

一种锂离子电池电解液及锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为一种储能器件，广泛应用于手机、电脑、新能源汽车和家用储能设备。锂离子电池主要由四部分组成：正极、负极、电解液和隔离膜。其中，电解液直接影响锂离子电池的充电速度和充电电压。目前，在高压快充的发展趋势下，采用常规电解液的锂离子电池的循环次数和存储性能较差。
发明内容
基于此，有必要提供一种锂离子电池电解液及锂离子电池，能够在高压快充条件下提高锂离子电池的循环次数和存储性能。
本发明提供一种锂离子电池电解液，主要由包括如下重量百分比的各组分制备而成：
锂盐3％-30％，
添加剂1％-50％，以及
有机溶剂20％-96％；
所述锂盐包括通式(I)所示硼簇锂盐中的至少一种，所述添加剂包括通式(II)所示硫胺类化合物中的至少一种；
Figure BDA0002497033450000021
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17分别独立选自卤族元素、烷基、卤代烷基、烷氧基或卤代烷氧基；
所述有机溶剂含腈类化合物，所述腈类化合物包括链腈类化合物和环腈类化合物，且所述链腈类化合物和所述环腈类化合物重量比为(38-62):
(2-13)；
所述硼簇锂盐、所述腈类化合物和所述硫胺类化合物的重量比为(3-20):(40-75):(1-10)。
优选地，所述锂离子电池电解液主要由包括如下重量百分比的各组分制备而成：锂盐5％-20％、添加剂1％-20％以及有机溶剂60％-94％。
在其中一些实施例中，所述硼簇锂盐、所述腈类化合物和所述硫胺类化合物的重量比(5-15)：(45-70)：(1-5)。
在其中一些实施例中，所述链腈类化合物和所述环腈类化合物的重量比为(40-60):(5-10)。
本发明还提供一种锂离子电池，包括正极、负极、隔离膜以及上述电解液。
与现有技术相比，本发明的锂离子电池电解液通过筛选特定含量、配比的硼簇锂盐、腈类化合物和硫胺类化合物，在高压快充(尤其是在4.45V以上的充电电压和1C以上的充电速度)条件下，使用该电解液制备的锂离子电池的循环寿命和存储性能得到有效提高。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所列举的实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，“烷基”指具有1至10个碳原子、优选1至8个碳原子的直链饱和烃结构。当指定具有具体碳数的烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。例如，“丁基”意思是包括正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基；“丙基”包括正丙基和异丙基。烷基具体包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、环己基、正庚基、辛基、环丙基、环丁基、降冰片基等。
“烷氧基”指通过氧原子连接至母体结构的烷基(-O-烷基)。当环烷基通过氧原子连接至母体结构时，该基团可以被称为环烷氧基。具体包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、环丙氧基、丁氧基、戊氧基、环己氧基等。
“氟代烷基”指氟取代烷基上的一个或一个以上氢原子的结构。当指定具有具体碳数的氟代烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。
“氰烷基”指通过氰基连接至母体结构的烷基(CN-烷基)，当指定具有具体碳数的氰烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。
“链腈类化合物”是指分子中碳原子以链状排列的腈类化合物。
“环腈类化合物”是指分子中含环状结构的腈类化合物。
试剂简称如下：
硼簇锂盐：Li2B12F12记为硼簇锂盐A1。
链腈类化合物：丁腈(分子式C4H7N)记为链腈B1，2-氰基乙基甲基二氯硅烷(分子式C4H7Cl2NSi)记为链腈B2。
环腈类化合物：1,3,5-环己三腈(分子式C9H9N3，CAS号183582-92-5)记为环腈C1，2,4,6-三氟苯-1,3,5-三腈(分子式C9F3N3，CAS号3638-97-9)记为环腈C2，2,4,6-三氰基-1,3,5-三嗪(分子式C6N6，CAS号7615-57-8)记为环腈C3。
硫胺类化合物：F5NS5(CAS号15192-28-6)记为硫胺D1。
上述化合物结构式分别如下：
Figure BDA0002497033450000041
实施例1
本实施例提供了一种锂离子电池电解液，按占电解液总重量的百分比计，该电解液由如下表1所示含量的各组分制备而成：
表1实施例1锂离子电池电解液组成及含量
Figure BDA0002497033450000051
本实施例锂离子电池电解液的制备方法，包括如下步骤：在干燥的氩气氛围中，首先将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)按照表1比例混合均匀，在此基础上按照表1比例加入锂盐和添加剂，溶解均一，即得所述电解液。
实施例2
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：添加剂不含1,3-丙烷磺酸内酯。
实施例3
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：采用相同含量的链腈B2替代链腈B1。
实施例4
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：采用相同含量的环腈C2替代环腈C1。
实施例5
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：采用相同含量的环腈C3替代环腈C1，且添加剂中氟代碳酸乙烯酯含量为6％。
实施例6
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硼簇锂盐A1的含量为5％。
实施例7
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硼簇锂盐A1的含量为15％。
实施例8
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：链腈B1的含量为40％。
实施例9
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：链腈B1的含量为60％。
实施例10
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：环腈C1的含量为5％。
实施例11
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：环腈C1的含量为10％。
实施例12
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硫胺D1的含量为1％。
实施例13
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硫胺D1的含量为5％。
实施例14
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硼簇锂盐A1的含量为5％，同时含有5％的LiPF6。
实施例15
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硼簇锂盐A1的含量为5％，同时含有5％的LiBF4。
实施例16
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：氟代碳酸乙烯酯的含量为1％。
实施例17
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：采用含量10％的碳酸二甲酯(DMC)替代含量10％的链腈B1。
实施例18
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：基础溶剂仅含重量比为2:1的DEC和EC。
实施例19
本实施例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硼簇锂盐A1的含量为5％，同时含有5％的LiPF6；基础溶剂仅含重量比为2:1的DEC和EC。
对比例1
本对比例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：不含硼簇锂盐A1，锂盐为含量10％的LiPF6。
对比例2
本对比例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：不含链腈B1。
对比例3
本对比例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：不含环腈C1。
对比例4
本对比例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：不含硫胺D1。
对比例5
本对比例提供一种锂离子电池电解液，其组成和制备方法与实施例1基本相同，区别在于：硫胺D1的含量为20％。
性能测试
分别采用实施例1-19以及对比例1-5的电解液制作锂离子电池，具体包括如下步骤：
(1)正极极片的制备
将钴酸锂(LiCoO2)、导电剂(Super P)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制成正极浆料。正极浆料中固体含量为77％，其中钴酸锂、导电剂Super P及PVDF的质量比为97:1.4:1.6。将浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，85℃条件下烘干后进行冷压，然后进行切边、裁片、分条后，在85℃真空条件下烘干4h，焊接极耳，制成锂离子电池正极片。
(2)负极极片的制备
将负极活性材料(其中硅与石墨混合比为1:50)与导电剂(Super P)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、粘结剂丁苯橡胶(SBR)按照重量比93:1:1:5进行混合，加入去离子水，搅拌均匀，得到负极浆料。将浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，80℃条件下烘干，然后进行切边、裁片、分条后，在120℃真空条件下烘干12h，焊接极耳，制成锂离子电池负极片。
(3)组装
将正极极片、隔离膜、负极极片按照顺序叠好，使隔离膜处于正、负极片之间的位置，卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于外包装中，分别采用实施例1至19以及对比例1至5的电解液对电芯进行注液，封装、静置、化成(0.02C恒流充电到3.4V，再以0.1C恒流充电到3.85V)、整形、容量测试，完成锂离子电池的制备。
分别对采用实施例1-19及对比例1-5的电解液的锂离子电池进行循环性能测试，具体测试方法如下：
在25℃条件下，将电池以2C的电流恒流充电至电压为4.5V，恒压充电至电流为0.05C，静置5min，然后用0.5C恒流放电至电压为3.0V，静置5min，上述为一个充放电循环。以首次放电的容量为100％，反复进行充放电循环，至放电容量衰减至80％时，停止测试，记录循环圈数，作为评价锂离子电池循环性能的指标。
同时，锂离子电池在45℃时的循环性能的测试方法与上述25℃循环性能测试相同，区别在于测试条件为45℃。
分别对采用实施例1-19及对比例1-5的电解液的锂离子电池进行存储性能测试，具体测试方法如下：
2C恒流充电至4.5V，恒压充电至0.05C。记录充满条件下电芯厚度h1，60℃下存储21天，记录第21天测试电芯的厚度h2。高温存储膨胀率＝[(h2-h1)/h1]×100％。
锂离子电池的循环性能测试结果和存储性能测试结果统计见下表2：
表2锂离子电池循环性能、存储性能测试结果
Figure BDA0002497033450000101
Figure BDA0002497033450000111
由表2可以看出，与对比例1相比，在25℃测试条件下，采用实施例1-19含有5-15％硼簇锂盐的电解液所组成的锂离子电池的循环次数在800次以上。在45℃测试条件下，实施例1-19采用含有5-15％硼簇锂盐的电解液所组成的锂离子电池的循环次数在650次以上，循环性能明显提升。同时，高温存储膨胀率均在6％以下，存储性能也明显提升。
与对比例2和3相比，实施例1-19采用两种类型的腈类化合物复配可明显提升锂离子电池的循环性能，降低锂离子电池的高温存储膨胀率。和其它溶剂相比，电解液中添加链腈类化合物和环腈类化合物时，该电解液抗氧化能力强。当电解液中链腈类化合物含量过低时，电解液抗氧化能力弱；当电解液中链腈类化合物的含量过高时，电解液的共溶剂化能力较弱，不利于电导率的提升。环腈类化合物可以和锂离子具有良好的共溶剂化作用。当电解液中环腈类化合物含量过低时，溶剂与锂离子共溶剂化能力弱；当电解液中环腈类化合物的含量过高时，电解液动力学性能下降，不利于锂离子电池循环性能的提升。
与对比例4和5相比，电解液中含1％-5％的硫胺类化合物时，电解液中硫胺类化合物的存在也可明显提升该类电解液制备成的锂离子电池的循环性能，降低高温存储膨胀率。这是因为硫胺类化合物能在负极表面形成稳定的保护膜(即SEI膜)，抑制电解液的分解。当电解液中硫胺类化合物含量过低时，其在负极表面形成的SEI膜不完整；当电解液中硫胺类化合物的含量过高时，电解液中容易形成HF，不利于提升该电解液制备的锂离子电池的循环次数和存储性能。
与电解液中锂盐单纯为硼簇锂盐时相比，采用5％的LiPF6或5％的LiBF4替代5％的Li2B12F12时，采用该电解液制备的锂离子电池循环和存储性能有所下降，这表明含Li2B12F12的电解液更适用于高电压体系。
另外，发明人团队通过大量研究发现：
(1)电解液中硼簇锂盐的含量对含有该电解液的锂离子电池的循环性能和存储性能均有较大影响。当电解液中硼簇锂盐含量过低(小于3％)时，该电解液导电率过低，锂离子的传输能量过低；当电解液中硼簇锂盐的含量过高(大于30％)时，电解液动力学性能下降，不利于含有该电解液的锂离子电池循环性能的提升。
(2)在其中一些实施例中，若电解液中需要采用部分其它锂盐时，其它锂盐可以为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、高氯酸锂(LiClO4)、Li[BF2(C2O4)]、Li[PF2(C2O4)2]、Li[N(CF3SO2)2]、Li[C(CF3SO2)3]、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。优选为六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)中的至少一种。
(3)在其中一些实施例中，链腈类化合物可以选自如通式(III)和通式(IV)所示结构中的至少一种：
Figure BDA0002497033450000131
其中，R18、R19分别独立选自烷基、卤代烷基、烷氧基或卤代烷氧基，R20、R21、R22分别独立选自卤族元素、含1-10个碳原子的烷基或者含1-10个碳原子的卤代烷基。例如乙腈、丙腈、丁腈、2-氰基乙基三甲基硅烷、2-氰基乙基甲基二氯硅烷。
(4)在其中一些实施例中，基础溶剂可以选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸乙酯中的至少一种。
(5)在其中一些实施例中，环腈类化合物不限于环腈C1、环腈C2和环腈C3。环腈类化合物选自含碳原子数20个以内的环腈类化合物，包括单环腈类化合物、双环腈类化合物、三环腈类化合物(包括碳氮杂环三腈类化合物)中的至少一种，例如1,2,4,5-苯四甲腈(分子式C10H2N4，CAS号712-74-3)记为环腈C4，7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(分子式C12H4N4，CAS号1518-16-7)记为环腈C5，六氢-1,3,5-三嗪-1,3,5-三(乙腈)(分子式C9H12N6，CAS号4560-87-6)记为环腈C6，2,3-二氰基萘(分子式C12H6N2，CAS号22856-30-0)记为环腈C7，环戊腈(分子式C6H9N，CAS号4254-02-8)，记为环腈C8。
Figure BDA0002497033450000141
(6)在其中一些实施例中，添加剂还可以包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、γ-丁内酯(BL)、二氧戊环、二氧六环、四氢呋喃中的至少一种。
尤其是，当电解液中硼簇锂盐含量为5-15％，硼簇锂盐、腈类化合物和硫胺类化合物的重量比为(3-20):(40-75):(1-10)，链腈类化合物和环腈类化合物的重量比为(40-60):(5-10)时，采用该类电解液的锂离子电池25℃测试条件下循环次数可达800次以上，高温存储膨胀率低于6％。此时，链腈类化合物不限于链腈B1和链腈B2，例如还可以为丙腈、已腈等。并且，当电解液中锂盐含量为10％、硫胺类化合物含量为2％、链腈类化合物和环腈类化合物的重量比为(40-60):(5-10)时，采用该电解液的锂离子电池25℃测试时整体循环次数可达900次以上，性能更优异。
值得说明的是，高压快充条件下，锂离子电池电解液需要满足三个条件：第一，锂盐具有优良的溶解性和高解离度，并且在不同温度下稳定，不易分解。第二，溶剂具有低粘度的同时可以和锂离子间能够产生较强的共溶剂化效应，具有较强的抗氧化性。第三，部分添加剂能够在正极或负极表面形成低阻抗、完整、能够稳定存在的保护膜，抑制溶剂在电极表面的分解。
相应地，本发明采用的硼簇锂盐具有良好的溶解性和高解离度，稳定性比六氟磷酸锂更优。链腈类化合物用作溶剂，极性大，粘度低；环腈类化合物用作溶剂能够和锂离子形成共溶剂化作用，更好地溶解锂离子。同时，腈类化合物的抗氧化能力强，在5V以上的电压中不会发生分解。并且，腈类化合物在正极表面可以和正极阳离子发生络合，形成保护膜，抑制其它溶剂或添加剂的氧化分解。硫胺类化合物能够在负极表面形成低阻抗SEI膜，抑制电解液在负极表面的还原。
本发明还提供一种锂离子电池，包括正极、负极、隔离膜以及锂离子电池电解液。锂离子电池的正极材料优选自钴酸锂(LiCoO2)、锂镍锰钴三元材料、磷酸亚铁锂(LiFePO4)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)、磷酸钴锂(LiCoPO4)、磷酸锰锂(LiMnPO4)中的至少一种。
锂离子电池的负极材料优选自硅碳混合物，其中硅化合物(硅氧比为1:1～1:2)含量为混合物总重量的0.1-20％。
锂离子电池的隔离膜优选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PE/PP复合膜、无纺布(聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET)、聚酰亚胺(PI)、有机无机共混膜、芳纶膜中至少一种。
本发明锂离子电池通过采用含特定种类和配比的硼簇锂盐、链腈类化合物、环腈类化合物以及硫胺类化合物复配制备而成的锂离子电池电解液，在高压快充条件下，能够提高锂离子电池的循环次数和高温存储性能。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电解液，主要由如下重量百分比的各组分制备而成：锂盐3％-30％、添加剂1％-50％以及有机溶剂20％-96％，其特征在于，
所述锂盐包括通式(I)所示硼簇锂盐中的至少一种，所述添加剂包括通式(II)所示硫胺类化合物中的至少一种：
Figure FDA0002920788520000011
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17分别独立选自卤族元素、烷基、卤代烷基、烷氧基或卤代烷氧基；
所述有机溶剂含有腈类化合物，所述腈类化合物包括链腈类化合物和环腈类化合物，且所述链腈类化合物和所述环腈类化合物的重量比为(38-62):(2-13)；
所述硼簇锂盐、所述腈类化合物和所述硫胺类化合物的重量比为(3-20)：(40-75):(1-10)。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述硼簇锂盐、所述腈类化合物和所述硫胺类化合物的重量比(5-15)：(45-70)：(1-5)。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述链腈类化合物和所述环腈类化合物的重量比为(40-60):(5-10)。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述环腈类化合物选自碳原子数20个以内的环腈类化合物；所述环腈类化合物选自单环腈类化合物、双环腈类化合物、三环腈类化合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述链腈类化合物选自如通式(III)和通式(IV)所示化合物中的至少一种：
Figure FDA0002920788520000021
其中，R18、R19分别独立选自烷基、卤代烷基、烷氧基或卤代烷氧基，R20、R21、R22分别独立选自卤族元素、含1-10个碳原子的烷基或者含1-10个碳原子的卤代烷基。
6.根据权利要求1至5任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述硼簇锂盐为Li2B12F12。
7.根据权利要求1至5任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐还包括LiPF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、Li[BF2(C2O4)]、Li[PF2(C2O4)2]、Li[N(CF3SO2)2]、Li[C(CF3SO2)3]、LiODFB、LiBOB、LiPO2F2、LiFSI、LiTFSI中的至少一种。
8.根据权利要求1至5任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂还包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯、乙酸乙酯中的至少一种。
9.根据权利要求1至5任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂还包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、γ-丁内酯、二氧戊环、二氧六环、四氢呋喃中的至少一种。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的锂离子电池电解液。
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CN102064343B (zh) * 2010-12-21 2012-09-26 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种新型的锂离子电池电解液
CN102403535A (zh) * 2011-12-01 2012-04-04 香河昆仑化学制品有限公司 一种高电压的锂离子电池非水电解液及制备方法
WO2013149073A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-03 A123 Systems, LLC Electrolyte additive with improved cycle life
KR20160134006A (ko) * 2015-05-14 2016-11-23 주식회사 엘지화학 아민 및 황을 포함하는 염형 이차전지용 첨가제와, 이를 포함하는 비수계 전해액, 및 이차전지
CN110323380A (zh) * 2019-05-09 2019-10-11 上海航天电源技术有限责任公司 一种浮充式防火型磷酸铁锂电池组系统及其充电方法
CN110752406B (zh) * 2019-10-28 2021-01-12 昆山宝创新能源科技有限公司 电解液及其应用

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