CN111786021A - 一种耐高温型锂离子电池非水电解液 - Google Patents

一种耐高温型锂离子电池非水电解液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温型锂离子电池非水电解液。该电解液包含：耐高温型锂盐A，辅助锂盐B，长链羧酸酯，碳酸酯，成膜添加剂。本发明耐高温的锂盐A，具有很很高的热分解温度，能够在高温下发挥较好的稳定性，辅助锂盐B的加入能够有效的抑制磺酸亚胺型锂盐的腐蚀效应，提高电池的性能，长链羧酸酯的沸点高，高温稳定性较好，而且长链R1和R2能够产生位阻效应，使得酯类的反应活性降低，在高温循环的过程中，长链羧酸酯在负极和正极的反应都能够得到有效的抑制。

Description

一种耐高温型锂离子电池非水电解液
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种耐高温型锂离子电池非水电解液。
背景技术
锂离子电池技术因为其具有高能量密度和长循环寿命的优势，而被广泛的运用在电子器件、移动设备等领域。特别是，今年来电动汽车和便携式移动设备的发展推动了锂离子电池技术在广度和深度上不断革新。同时，人们也对锂离子电池的使用温度、能量密度、安全性能提出了更高的要求。
电解液作为锂离子电池的重要组成部分，其性能的好坏直接会影响锂离子电池的优劣。目前，运用最广泛的电解液是以六氟磷酸锂为主要锂盐的碳酸酯溶液，但是六氟磷酸锂在高温下会分解，特别是在温度达到80℃以上时，其分解速度加快。这就会产生不良效应：一方面会加速电池衰减，另一方面破坏电池结构进而产生安全风险。因此，亟需开发新的电解液，以满足高温使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温型锂离子电池非水电解液，解决目前锂离子电池材料高温循环性能差的问题。
一种耐高温型锂离子电池非水电解液，该电解液包含：耐高温型锂盐A，其质量百分含量为2-15％；辅助锂盐B，其质量百分含量为0.01-5％；长链羧酸酯溶剂，其质量百分含量为10-60％；碳酸酯溶剂，其质量百分含量为15-50％；成膜添加剂，其质量百分含量为0.1-5％。
所述耐高温型锂盐A为式1所述的化合物：
Figure BDA0002598074670000021
其中R1、R2为烷烃基、卤代烷烃基。
所述辅助锂盐B选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)中的一种或几种的组合。
所述长链羧酸酯为式2所述的化合物：
Figure BDA0002598074670000022
其中R3、R4为烷烃基、卤代烷烃基，且R3和R4的碳原子总和≥5。
所述碳酸酯溶剂选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丁酯(DBC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或者几种的组合。
所述成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(缩写为VEC)、1，3-丙磺酸内酯(PS)、1，4-丁烷磺内酯(BS)中一种或几种的组合。
本发明的有益效果：本发明耐高温的锂盐A，相比较于传统的锂盐具有很很高的热分解温度，在电解液中的稳定性也比较好，因而能够在高温下发挥较好的稳定性；然而单纯的磺酸亚胺型锂盐会腐蚀铝集流体，不能够稳定的充放电。辅助锂盐B的加入能够有效的抑制磺酸亚胺型锂盐的腐蚀效应，提高电池的性能。长链羧酸酯的沸点高，高温稳定性较好，而且长链R1和R2能够产生位阻效应，使得酯类的反应活性降低。在高温循环的过程中，长链羧酸酯在负极和正极的反应都能够得到有效的抑制。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
对比例1
在干燥的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(DEC)按照EC:EMC:DEC＝2:3:5的比例进行混合，混合均匀后加入锂盐LiPF6和添加剂VC，然后进行充分搅拌，待充分溶解形成均一稳定后得到所需电解液。其中LiPF6在整个电解液中的比例为13.5％，添加剂VC的含量为1％。
对比例2
按照对比例1的方法制备电解液，不同的是加入的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)，其含量为13.5％。
实施例1
按照对比例2的方法制备电解液，不同的是加入的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和六氟磷酸锂(LiPF6)，其百分含量分别为3％和10.5％。
实施例2
按照对比例2的方法制备电解液，不同的是加入的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和六氟磷酸锂(LiPF6)，其百分含量分别为10.5％和3％。
实施例3
按照对比例2的方法制备电解液，不同的是加入的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、六氟磷酸锂(LiPF6)以及二氟磷酸锂(LiPF2O2)，其百分含量分别为10.5％、3％和1％。
实施例4
按照对比例2的方法制备电解液，不同的是加入的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、六氟磷酸锂(LiPF6)以及二氟草酸磷酸锂(LiODFB)，其百分含量分别为10.5％、3％和1％。
对比例3
按照实施例2的方法制备电解液，不同的是加入的溶剂改为碳酸乙烯酯(EC)、乙酸乙酯(EA)、碳酸丙烯酯(DEC)按照EC:EA:DEC＝2:3:5。
对比例4
按照实施例3的方法制备电解液，不同的是加入的溶剂改为碳酸乙烯酯(EC)、丙酸丙酯(PP)、碳酸丙烯酯(DEC)按照EC:PP:DEC＝2:3:5，且不加入添加剂碳酸亚乙酯(VC)。
实施例5
按照对比例4的方法制备电解液，不同的是加入添加剂碳酸亚乙酯(VC)，加入量为1％。
实施例6
按照实施例5的方法制备电解液，不同的是加入的溶剂改为碳酸乙烯酯(EC)、丙酸丙酯(PP)、碳酸丙烯酯(DEC)按照EC:PP:DEC＝2:5:3。
实施例7
按照实施例6的方法制备电解液，不同的是额外加入1％二氟磷酸锂(LiPF2O2)。
实施例8
按照实施例7的方法制备电解液，不同的是加入的溶剂改为碳酸乙烯酯(EC)、丁酸乙酯(EB)、碳酸丙烯酯(DEC)按照EC:PP:DEC＝2:5:3。
实施例9
按照实施例8的方法制备电解液，不同的是额外加入1％BS。
对比例1-4和实施例1-9的电解液配方如表1：
表1
Figure BDA0002598074670000051
实施例1-9以及对比例1-4中的二次锂电池均按照下述方法进行制备。
(1)正极片制备将锂镍钴锰三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、粘结剂聚偏氟乙烯、导电剂乙炔黑按照质量比90:5:5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于厚度为14μm的正极集流体铝箔上；将铝箔在室温晾干后烘干，然后经过冷压、分切得到正极片。
(2)负极片制备将负极活性材料中间相碳微球(MCMB)、炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比88:5:7进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在厚度为10μm的负极集流体铜箔上；将铜箔在室温晾干后烘干，然后经过冷压、分切得到负极片。
(3)隔离膜的制备以双面陶瓷涂布的聚乙烯作为隔离膜，聚乙烯基膜的厚度为12μm，涂覆层厚度为3μm。
(4)锂离子电池的制备将正极片、隔离膜、负极片通过叠片的方式堆叠完成后，装入铝塑膜，然后进行干燥(极片水分＜100ppm)，再注入相应的电解液并封口，经过静置、化成、终封、分容等工序，得到锂离子电池。
(5)电芯设计的标称容量为2Ah。
实施例1-9以及对比例1-4中的二次锂电池均按照下述方法进行循环测试：
将电池搁置在80℃恒温烘箱里24小时，然后进行循环性能测试。循环电压为3.0-4.2V，电流为1C(2A)，充放电之间搁置10min。
容量保持率(％)＝第N周放电容量/第1周放电容量。
对比例1-4和实施例1-9的电解液配方的80℃循环性能如表2：
表2
Figure BDA0002598074670000061
Figure BDA0002598074670000071
比较实施例1与对比例1-2，可以发现耐高温型锂盐A能够提高高温性能，但是不能单独使用，需要加入辅助型锂盐。这是因为磺酸酯类锂盐会对铝集流体产生腐蚀，而辅助型锂盐能够有效的钝化铝集流体，产生保护作用。
比较实施例2与实施例1，可以发现电解液中的锂盐需要以耐高温型锂盐为主，才能发挥其优势，保证高温循环稳定性。
比较实施例3、4与实施例2，可以发现辅助型锂盐B对高温性能改善有一定的效果。
比较实施例5、6与实施例2，可以发现引入长链羧酸酯能够有效的提高耐高温性能，且当长链羧酸酯的量提高后高温性能能够进一步提高。
比较实施例5与对比例3，可以发现短链的羧酸酯对高温性能没有帮助，这是因为短链的羧酸酯的稳定性差，在高温下与正负极发生反应，破坏循环性能。
比较实施例5与对比例4，实施例9与实施例8，可以发现添加剂对高温稳定性的提高具有促进作用。
上述结果说明，高温型锂盐、辅助型锂盐、长链羧酸酯、添加剂的共同使用能够有效的改善电解液的高温稳定，降低其与正负极表面的反应活性，从而提高电池的高温循环性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种耐高温型锂离子电池非水电解液，其特征在于，该电解液包含：耐高温型锂盐A，其质量百分含量为2-15％；辅助锂盐B，其质量百分含量为0.01-5％；长链羧酸酯溶剂，其质量百分含量为10-60％；碳酸酯溶剂，其质量百分含量为15-50％；成膜添加剂，其质量百分含量为0.1-5％。
2.根据权利要求1所述耐高温型锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述耐高温型锂盐A为式1所述的化合物：
Figure FDA0002598074660000011
其中R1、R2为烷烃基、卤代烷烃基。
3.根据权利要求1所述耐高温型锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述辅助锂盐B选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述耐高温型锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述长链羧酸酯为式2所述的化合物：
Figure FDA0002598074660000012
其中R3、R4为烷烃基、卤代烷烃基，且R3和R4的碳原子总和≥5。
5.根据权利要求1所述耐高温型锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述碳酸酯溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丁酯、碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或者几种的组合。
6.根据权利要求1所述耐高温型锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯，碳酸乙烯亚乙酯、1，3-丙磺酸内酯、1，4-丁烷磺内酯中一种或几种的组合。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103943884A (zh) * 2014-04-08 2014-07-23 陈琛 一种锂离子电池电解液
CN104810551A (zh) * 2014-07-09 2015-07-29 万向A一二三系统有限公司 一种适用于高低温环境的锂离子动力电池电解液
CN107359369A (zh) * 2016-05-10 2017-11-17 宁德新能源科技有限公司 电解液及锂离子电池
US20180375154A1 (en) * 2017-06-23 2018-12-27 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Electrolyte and lithium-ion battery
WO2019042741A1 (en) * 2017-09-01 2019-03-07 Solvay Sa FLUORINATED LIQUID ELECTROLYTE FOR ELECTROCHEMICAL CELLS COMPRISING A LITHIUM METAL ANODE
CN109713366A (zh) * 2018-12-13 2019-05-03 风帆有限责任公司 一种用于高功率启停电池的电解液及动力锂电池
CN109962291A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 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
CN110383556A (zh) * 2017-03-10 2019-10-25 魁北克电力公司 电解质组合物及其在锂离子电池组中的用途
CN111129587A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 杉杉新材料（衢州）有限公司 一种锂离子电池用非水电解液及其锂离子电池

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103943884A (zh) * 2014-04-08 2014-07-23 陈琛 一种锂离子电池电解液
CN104810551A (zh) * 2014-07-09 2015-07-29 万向A一二三系统有限公司 一种适用于高低温环境的锂离子动力电池电解液
CN107359369A (zh) * 2016-05-10 2017-11-17 宁德新能源科技有限公司 电解液及锂离子电池
CN110383556A (zh) * 2017-03-10 2019-10-25 魁北克电力公司 电解质组合物及其在锂离子电池组中的用途
US20180375154A1 (en) * 2017-06-23 2018-12-27 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Electrolyte and lithium-ion battery
WO2019042741A1 (en) * 2017-09-01 2019-03-07 Solvay Sa FLUORINATED LIQUID ELECTROLYTE FOR ELECTROCHEMICAL CELLS COMPRISING A LITHIUM METAL ANODE
CN109962291A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 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
CN109713366A (zh) * 2018-12-13 2019-05-03 风帆有限责任公司 一种用于高功率启停电池的电解液及动力锂电池
CN111129587A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 杉杉新材料（衢州）有限公司 一种锂离子电池用非水电解液及其锂离子电池

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