CN111710911B - 一种电解液及锂离子电池 - Google Patents

一种电解液及锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111710911B
CN111710911B CN202010636269.4A CN202010636269A CN111710911B CN 111710911 B CN111710911 B CN 111710911B CN 202010636269 A CN202010636269 A CN 202010636269A CN 111710911 B CN111710911 B CN 111710911B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
lithium salt
carbon atoms
lithium
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010636269.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111710911A (zh
Inventor
范长岭
汤裕
陈曦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN202010636269.4A priority Critical patent/CN111710911B/zh
Publication of CN111710911A publication Critical patent/CN111710911A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111710911B publication Critical patent/CN111710911B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电解液及锂离子电池，该电解液包括锂盐、添加剂和有机溶剂，其中锂盐包括特定配比的硼簇锂盐和常规锂盐，添加剂包括特定种类和配比的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物，采用该电解液制备的锂离子电池循环性能得到有效提升。

Description

一种电解液及锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电解液及锂离子电池。
背景技术
随着储能技术的发展，对锂离子电池能量密度的要求不断提升，硅负极锂离子电池得到快速开发。然而，在充电的过程中，硅负极会发生体积膨胀和颗粒破碎，降低锂离子电池的循环寿命，阻止其在储能领域的广泛应用。为此，常规情况下将硅负极材料做成纳米颗粒的形状以抑制破碎来解决此类问题。但是，纳米尺寸的硅颗粒活性比较大，极易和电解液中的杂质发生反应，进而依然影响锂离子电池的循环性能。
发明内容
基于此，有必要提供一种电解液，能够有效提升锂离子电池循环性能。
具体技术方案如下：
本发明提供一种电解液，主要由如下重量百分比的各组分制备而成：
锂盐 1％-30％，
添加剂 1％-15％，以及
有机溶剂 余量；
其中，所述锂盐包括第一锂盐和第二锂盐，所述第一锂盐为硼簇锂盐，所述第二锂盐为非硼簇锂盐；
所述添加剂包括重量比为(0.3-3):(0.5-8):(0.5-8)的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物；
所述硅烷类化合物的结构如通式(I)或通式(II)所示，所述酰胺类化合物的结构如通式(III)所示：
Figure BDA0002569935890000021
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17分别独立选自氢元素、氟元素、含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子的烷氧基、含1-10个碳原子的氟代烷基、含1-10个碳原子的氟代烷氧基、含1-10个碳原子的烯基或者含1-10个碳原子的炔基，M1选自硼酸酯基、磷酸酯基或者亚磷酸酯基，M2选自五元芳基或者五元杂芳基。
进一步地，锂盐含量优选5％-15％，添加剂含量优选4.5％-10％。
具体地，M1选自如下结构1或结构2中的至少一种：
Figure BDA0002569935890000022
具体地，M2选自如下结构3或结构4中的至少一种：
Figure BDA0002569935890000023
其中，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10分别独立地选自氧元素、氮元素、磷元素或者亚甲基。
在其中一些实施例中，所述第一锂盐为Li2B12F12。
在其中一些实施例中，所述第二锂盐选自六氟磷酸锂(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)或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。优选地，所述第二锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)或四氟硼酸锂(LiBF4)中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述第一锂盐和所述第二锂盐的重量比为(1-11):(2-11)。
在其中一些实施例中，所述腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物的重量比为(0.4-2.2):(0.8-5.2):(0.8-5.2)。
在其中一些实施例中，所述硅烷类化合物选自三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、N-三甲基硅咪唑、2-三甲基甲硅烷基噁唑、N-三甲硅基吡咯、1-三甲基甲硅烷基-1H-(1,3)-氮杂磷中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述酰胺类化合物选自N,N-二甲基三氟乙酰胺、吡啶-2,6-二甲酰胺中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述腈类化合物选自碳原子数在20以内的二腈化合物和/或碳原子数在20以内的三腈化合物。
优选地，所述腈类化合物的结构如通式(IV)、通式(V)所示：
Figure BDA0002569935890000031
其中，R13、R14分别独立选自含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子的烷氧基、含1-10个碳原子的氟代烷基、含1-10个碳原子的氟代烷氧基、含1-10个碳原子的烯基或含1-10个碳原子的炔基。
更优选地，所述二腈化合物选自丁二腈，所述三腈化合物选自1,3,6-己烷三腈。
在其中一些实施例中，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯和乙酸乙酯中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述添加剂还可以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、丙磺酸内酯、γ-丁内酯、二氧戊环、二氧六环和四氢呋喃中的至少一种。
本发明还提供一种锂离子电池，主要包括正极、含硅材料制成的负极、隔离膜以及上述任一项所述的电解液。
本发明的有益效果是：
与现有采用常规锂盐的电解液相比，本发明电解液通过采用硼簇锂盐替代一部分常规锂盐，并将该复合锂盐体系与特定种类配比的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物复配，整体上可有效提高由该电解液制备的硅负极锂离子电池的循环性能。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
“烷基”预期是具有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。因此，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。烷基实例包括甲基、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、环戊基、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，该基团也可以被称为环烷氧基。实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、环丙氧基、丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、戊氧基、环己氧基等。
“氟代烷基”指氟取代烷基上的一个以及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。
“氟代烷氧基”指氟取代烷氧基上的一个以及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。
“烯基”预期是具有1至10个碳原子、优选1至8个碳原子的直链双键烃结构。当指定具有具体碳数的炔基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。
“炔基”预期是具有1至10个碳原子、优选1至8个碳原子的直链三键烃结构。当指定具有具体碳数的炔基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。
试剂简称如下：
硼簇锂盐：Li2B12F12，结构式如式1所示。
硅烷类化合物：三(三甲基硅烷)硼酸酯(CAS号4325-85-3)的结构式如式2所示，三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(CAS号1795-31-9)的结构式如式3所示，三(三甲基硅烷)磷酸酯(CAS号10497-05-9)的结构式如式4所示，N-三甲基硅咪唑(CAS号18156-74-6)的结构如式5所示，2-三甲基甲硅烷基噁唑(CAS号120629-79-0)的结构如式6所示，N-三甲硅基吡咯(CAS号18276-53-4)的结构如式7所示，1-三甲基甲硅烷基-1H-(1,3)-氮杂磷(CAS号110519-79-4)的结构如式8所示。
腈类化合物：1,3,6-己烷三腈(CAS号1772-25-4)的结构如式9所示，丁二腈(CAS号110-61-2)的结构如式10所示。
酰胺类化合物：N,N-二甲基三氟乙酰胺(CAS号1547-87-1)的结构如式11所示，吡啶-2,6-二甲酰胺(CAS号4663-97-2)结构如式12所示。
Figure BDA0002569935890000061
实施例1
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂。其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)。
本实施例电解液的制备方法包括如下步骤：在干燥的的氩气氛围中，首先将有机溶剂EC、PC和DEC按照重量比为2:1:7的比例混合均匀，再按照上述比例分别加入锂盐和添加剂，溶解均一，即得。
实施例2
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：8％的Li2B12F12、3％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例3
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：2％的Li2B12F12、9％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例4
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、10％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例5
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：10％的Li2B12F12、5％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例6
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、3％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例7
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：3％的Li2B12F12、5％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例8
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiBF4、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例9
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiBOB、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例10
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPO2F2、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例11
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、1％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量溶剂，其中，该溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例的电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例12
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、5％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量溶剂，其中，该溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例的电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例13
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例14
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的N-三甲基硅咪唑、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例15
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的2-三甲基甲硅烷基噁唑、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例16
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、0.5％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例17
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、2％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例18
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的丁二腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂。其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例的电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例19
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的丁二腈、1％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂。其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例20
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的丁二腈、5％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂。其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
实施例21
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的丁二腈、2％的吡啶-2,6-二甲酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
本实施例电解液的制备方法与实施例1基本相同。
对比例1
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：11％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
对比例2
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：11％的Li2B12F12、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
对比例3
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
对比例4
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、10％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
对比例5
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
对比例6
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、5％的1,3,6-己烷三腈、2％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
对比例7
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
对比例8
本实施例提供一种电解液，按照占电解液总重量计，包括如下重量百分比的各组分：5％的Li2B12F12、6％的LiPF6、2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯、1％的1,3,6-己烷三腈、10％的N,N-二甲基三氟乙酰胺以及余量有机溶剂，其中，该有机溶剂为重量比2:1:7的EC、PC和DEC。
性能测试
分别采用实施例1-21以及对比例1-8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SuperP及PVDF的质量比为97:1.4:1.6。将正极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
将作为负极活性材料(其中硅与石墨混合比为1:50)与导电炭黑(SuperP)、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。将负极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，然后将叠好的极片和隔离膜卷绕，得到裸电芯。将裸电芯置于外包装中，分别采用实施例1至21以及对比例1至8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1-21及对比例1-8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0.7C的电流恒流充电至电压为4.4V，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℃。
锂离子电池的循环性能测试结果统计见下表1：
表1锂离子电池循环性能结果统计表
Figure BDA0002569935890000141
Figure BDA0002569935890000151
由表1可以看出，与对比例1至8相比，采用实施例1至21的电解液制成的锂离子电池的在25℃条件测试的循环性能在740次以上，同时在45℃条件测试的循环性能在550次以上。
实际上，发明人团队通过大量研究发现：
当电解液中锂盐和添加剂的含量比为(1-30):(1-15)，且硼簇锂盐和非硼簇锂盐的重量比为(1-11):(2-11)，腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物的重量比为(0.3-3):(0.5-8):(0.5-8)时，采用该类电解液制备成的锂离子电池在25℃测试条件下循环次数可达740次以上。尤其是，当硼簇锂盐和非硼簇锂盐的重量比为5:6，腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物的重量比为1:2:2时，采用该电解液制备成的锂离子电池整体循环性能更优异。
另外，本发明中所采用的非硼簇锂盐不限于六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)和二氟磷酸锂(LiPO2F2)，例如还可以为甲磺酸锂(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)、、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。
本发明中所采用的溶剂不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)，例如还可以为碳酸甲乙酯(EMC)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、乙酸正丙酯(PA)或乙酸乙酯(EA)中的至少一种。
本发明电解液中添加剂可以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、丙磺酸内酯、γ-丁内酯、二氧戊环、二氧六环和四氢呋喃中的至少一种。
本发明还提供一种锂离子电池，包括正极、负极、隔离膜以及电解液。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。
本发明电解液由特定种类和配比的硼簇锂盐、非硼簇锂盐、腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物复配制备而成，由该电解液制备而成的锂离子电池其循环次数得到提升。
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 (9)

1.一种电解液，其特征在于，主要由如下重量百分比的各组分制备而成：
锂盐 1％-30％，
添加剂 1％-15％，以及
有机溶剂 余量；
其中，所述锂盐包括第一锂盐和第二锂盐，所述第一锂盐为硼簇锂盐Li2B12F12，所述第二锂盐为非硼簇锂盐，所述第一锂盐和所述第二锂盐的重量比为(1-11):(2-11)；
所述添加剂包括重量比为(0.3-3):(0.5-8):(0.5-8)的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物；
所述硅烷类化合物的结构如通式(I)或通式(II)所示，所述酰胺类化合物的结构如通式(III)所示：
Figure FDA0003074013390000011
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17分别独立选自氢元素、氟元素、含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子的烷氧基、含1-10个碳原子的氟代烷基、含1-10个碳原子的氟代烷氧基、含1-10个碳原子的烯基或者含1-10个碳原子的炔基，M1选自硼酸酯基、磷酸酯基或者亚磷酸酯基，M2选自五元芳基或者五元杂芳基。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一锂盐为Li2B12F1；所述第二锂盐选自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和LiTFSI中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述腈类化合物、所述硅烷类化合物和所述酰胺类化合物的重量比为(0.4-2.2):(0.8-5.2):(0.8-5.2)。
4.根据权利要求 3所述的电解液，其特征在于，所述硅烷类化合物选自三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、N-三甲基硅咪唑、2-三甲基甲硅烷基噁唑、N-三甲硅基吡咯、1-三甲基甲硅烷基-1H-(1,3)-氮杂磷中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述酰胺类化合物选自N,N-二甲基三氟乙酰胺、吡啶-2,6-二甲酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述腈类化合物选自碳原子数在20以内的二腈化合物和/或碳原子数在20以内的三腈化合物。
7.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯和乙酸乙酯中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的电解液，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、丙磺酸内酯、γ-丁内酯、二氧戊环、二氧六环和四氢呋喃中的至少一种。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的电解液。
CN202010636269.4A 2020-07-04 2020-07-04 一种电解液及锂离子电池 Active CN111710911B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010636269.4A CN111710911B (zh) 2020-07-04 2020-07-04 一种电解液及锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010636269.4A CN111710911B (zh) 2020-07-04 2020-07-04 一种电解液及锂离子电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111710911A CN111710911A (zh) 2020-09-25
CN111710911B true CN111710911B (zh) 2021-07-16

Family

ID=72545158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010636269.4A Active CN111710911B (zh) 2020-07-04 2020-07-04 一种电解液及锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111710911B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114447428B (zh) * 2020-10-30 2023-12-05 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种非水电解液及锂电池
CN113363576A (zh) * 2021-04-29 2021-09-07 万向一二三股份公司 一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池
CN115882067A (zh) * 2022-11-25 2023-03-31 湖北亿纬动力有限公司 一种电解液和锂离子电池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103403948A (zh) * 2011-02-28 2013-11-20 昭和电工株式会社 二次电池用非水电解液和非水电解液二次电池
US20130078532A1 (en) * 2011-09-27 2013-03-28 Zonghai Chen Non-aqueous electrolytes for lithium ion batteries
CN103811812B (zh) * 2012-11-06 2016-12-21 万向电动汽车有限公司 一种锂离子动力电池防过充电解液及采用其制备的锂离子动力电池
CN104638234B (zh) * 2015-01-04 2018-11-02 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种负极活性物质、负极极片及其制备方法和锂离子电池
CN106159324A (zh) * 2016-07-05 2016-11-23 上海枭源能源科技有限公司 非水电解液及使用该非水电解液的锂二次电池
CN107768719A (zh) * 2017-10-18 2018-03-06 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN109962291B (zh) * 2017-12-25 2021-06-08 成都市银隆新能源有限公司 一种用于锂离子电池的宽温域的电解液及其制备方法
CN108470939A (zh) * 2018-03-31 2018-08-31 广东天劲新能源科技股份有限公司 一种大倍率耐高温的电解液及锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN111710911A (zh) 2020-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110265627B (zh) 正极极片及锂离子二次电池
CN110943250B (zh) 电解液和含有电解液的锂离子电池
CN109216759B (zh) 一种锂离子电池电解液以及锂离子电池
CN113839093A (zh) 一种锂离子电池非水电解液及其应用
CN114597493A (zh) 一种锂离子电池及其电解液
CN111710911B (zh) 一种电解液及锂离子电池
CN109728340B (zh) 锂离子电池
CN110120554B (zh) 一种电解液和含有该电解液的二次电池
CN111525190B (zh) 电解液及锂离子电池
CN109888384B (zh) 电解液和含有电解液的电池
CN110752406B (zh) 电解液及其应用
CN110994030B (zh) 一种锂电池电解液及锂离子电池
CN113410510A (zh) 一种锂离子电池
CN112151865B (zh) 一种锂离子电池用电解液及包括该电解液的锂离子电池
CN111200162A (zh) 一种锂离子电池电解液及制备方法
CN111640982A (zh) 一种锂离子电池用电解液及包括该电解液的锂离子电池
CN112018446A (zh) 一种适用于硅碳体系锂离子电池的电解液
CN115020806A (zh) 一种电解液和含有其的锂离子电池
CN112928328A (zh) 一种含有硅烷基磺酰胺化合物的锂离子电池电解液和锂离子二次电池
CN108987802B (zh) 一种高电压锂离子电池非水电解液
CN111900474A (zh) 用于天然石墨负极锂离子电池的电解液
CN112072179A (zh) 电解液及锂离子电池和车辆
CN109802176B (zh) 电解液和含有电解液的锂离子电池
CN111584930B (zh) 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN112349958B (zh) 一种电解液及其制备方法和锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant