CN111883841A - 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。包括锂盐、溶剂、添加剂、磺酸内酯类化合物、碳酸亚乙烯酯衍生物和/或硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物。本发明所提供的锂离子电池非水电解液中同时含有化学式1和化学式2所代表的化合物物，两者同时作用，保证了电池负极钝化膜的稳定性，有效改善了电池的阻抗和低温性能。

Description

一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。
背景技术
动力电池是新能源汽车的核心部件，而电解液是制约动力电池发展的关键，电解液的选择基本决定了电池的循环、高低温和安全性能。
随着新能源汽车、动力储能及高性能数码产品的发展，人们对电池的性能及适用范围有了更高的要求，这就需要开发能满足需求日益增长的锂离子电池。但目前电解液由于分解沉积在电极表面，增加了电池的阻抗，降低了电池在低温时的放电特性，严重恶化了电池的电化学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池，旨在解决目前锂离子电池阻抗大，低温性能差的问题。
一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、溶剂、添加剂、磺酸内酯类化合物、碳酸亚乙烯酯衍生物和/或硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物；
所述碳酸亚乙烯酯衍生物如化学式1所示：
Figure BDA0002618208910000011
其中，R1和R2各自独立的选自氢原子，烷基，烷氧基，卤素，含卤的烷基，芳基；其中任何一个基团可以含有不饱和键；
所述硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物如化学式2所示：
X·SOn
化学式2
其中，n＝2或3，X代表一种含氮的五元环和六元环的环状化合物，其选自如下的化学结构中：
Figure BDA0002618208910000021
R3、R4、R5、R6各自独立的先自氢原子，烷基，烷氧基，卤素，含卤的烷基，芳基；其中任何一个基团可以含有不饱和键。
所述硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物选自下述结构所示化合物中的一种或多种：
Figure BDA0002618208910000022
以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所述碳酸亚乙烯酯衍生物所占质量百分比为0.1-5％；所述硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物所占质量百分比为0.01-5％。
所述磺酸内酯类化合物物包括1，3-丙磺酸内酯、1，4丁烷磺内酯中的至少一种；以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所占质量百分比为0.1～5％。
所述添加剂为双草酸硼酸盐、二氟磺酸亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸酸锂中的一种或多种；以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所占质量百分比为0.1～5％。
所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯酯中的一种或多种。
所述锂盐为LiPF6；以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所占质量百分比为5～20％。
一种锂离子电池，包括正极，负极，设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，以及电解液，所述电解液为权利要求1-7任一所述的锂离子电池非水电解液。
所述正极包括活性物质，正极的活性物质为LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2、LiCox’L(1-x’)O2、LiNix“L’y′Mn(2-x”-y’)O4,Liz’MPO4中的至少一种；其中L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si、Fe中的至少一种；0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0＜x+y+z≤1,0＜x’≤1,0.3＜x”≤0.6,0.01≤y’≤0.2,L’为Co、Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si、Fe中的至少一种；0.5≤z‘≤1,M为Fe、Mn、Co中的至少一种。
本发明的有益效果：本发明所提供的锂离子电池非水电解液中同时含有化学式1和化学式2所代表的化合物物，两者同时作用，保证了电池负极钝化膜的稳定性，有效改善了电池的阻抗和低温性能。
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。
实施例1
非水电解液液二次电池的正极材料为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，负极为人造石墨，隔膜为微多孔膜膜聚乙烯膜，所用电解液是在碳酸亚乙酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二乙酯酯(DEC)＝3：5：2(重量比)的混和溶剂中溶解LiPF6制成1mol/L的溶液，添加总量为0.5％的化合物物1碳酸酸亚乙烯酯，另外添加0.25％的化合物2的吡啶-三氧化硫络合物。
实施2-16及比较例1-9的24种电池与实施例相比，有以下变更，调整了电解液中的碳酸酸亚乙烯酯及吡啶-三氧化硫络合物的量，其它与实施例1完全相同，如表1所示：
表1
Figure BDA0002618208910000041
Figure BDA0002618208910000051
将实施例1-16，对比例1-9进行性能测试，测试指标及测试方法如下：
常温循环性能，通过测试室温下1C循环N次容量保持率体现，具体方法为：在45℃下，将化成后的电池用1C恒流恒压充电至4.35V(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨)、截止电流为0.02C，然后用1C恒流放电至3.0V。如此充/放电循环后，计算第100周的循环后容量的保持率，以评估其室温循环性能。
室温循环100次后容量保持率计算公式如下：
第100次循环容量保持率(％)＝(第100次循环放电容量/第1次循环放电容量)*100％
电池阻抗测试，将化成后的电池用1C恒流恒压充电至4.35V(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨)、截止电流为0.02C，再用1C恒流放电至3.0V，测量电池的初始放电容量。再用1C放电至50％的容量，搁置1小时后用3C电流放电10S，计算直流阻抗DCIR的值。
低温放电率，将化成后的电池用1C恒流恒压充电至4.35V(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨)、截止电流为0.02C，再用1C恒流放电至3.0V，测量电池的常温放电容量。在室温下将电池用1C恒流恒压充电至4.35V，截止电流为0.02C。将电池降温至-20℃，搁置4小时后，用0.2C电流放电至3.0V，得出低温下的放电容量。
-20℃放电容量保持率(％)＝(-20℃放电容量/室温放电容量)*100％
测试结果如表2所示：
表2
Figure BDA0002618208910000061
Figure BDA0002618208910000071
Figure BDA0002618208910000081
由表2可知，与不含添加剂的比较例1相比，在非水电解液中含有碳酸亚烯酯及吡啶-三氧化硫络合物的电池的容量保持率得以提高，电池的阻抗得以降低，低温放电容量得到提高。而且，同时含有碳酸亚烯酯和吡啶-三氧化硫络合物的非水电解液与单独添加添加剂的比较例2-5和比较例6-9相比，电池的阻抗得以降低，电池的低温放电比率得以提高。
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 (9)

1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，包括锂盐、溶剂、添加剂、磺酸内酯类化合物、碳酸亚乙烯酯衍生物和/或硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物；
所述碳酸亚乙烯酯衍生物如化学式1所示：
Figure FDA0002618208900000011
其中，R1和R2各自独立的选自氢原子，烷基，烷氧基，卤素，含卤的烷基，芳基；其中任何一个基团可以含有不饱和键；
所述硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物如化学式2所示：
X·SOn
化学式2
其中，n＝2或3，X代表一种含氮的五元环和六元环的环状化合物，其选自如下的化学结构中：
Figure FDA0002618208900000012
R3、R4、R5、R6各自独立的先自氢原子，烷基，烷氧基，卤素，含卤的烷基，芳基；其中任何一个基团可以含有不饱和键。
2.根据权利要求1所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物选自下述结构所示化合物中的一种或多种：
Figure FDA0002618208900000021
3.根据权利要求1所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所述碳酸亚乙烯酯衍生物所占质量百分比为0.1-5％；所述硫的氧化物与含氮杂环所组成的络合物所占质量百分比为0.01-5％。
4.根据权利要求1所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述磺酸内酯类化合物物包括1，3-丙磺酸内酯、1，4丁烷磺内酯中的至少一种；以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所占质量百分比为0.1～5％。
5.根据权利要求1所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述添加剂为双草酸硼酸盐、二氟磺酸亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸酸锂中的一种或多种；以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所占质量百分比为0.1～5％。
6.根据权利要求1所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂盐为LiPF6；以锂离子非水电解液的总质量为100％计，所占质量百分比为5～20％。
8.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极，负极，设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，以及电解液，所述电解液为权利要求1-7任一所述的锂离子电池非水电解液。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极包括活性物质，所述正极的活性物质为LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2、LiCox’L(1-x’)O2、LiNix“L’y'Mn(2-x”-y’)O4,Liz’MPO4中的至少一种；其中L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si、Fe中的至少一种；0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0＜x+y+z≤1,0＜x’≤1,0.3＜x”≤0.6,0.01≤y’≤0.2,L’为Co、Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si、Fe中的至少一种；0.5≤z‘≤1,M为Fe、Mn、Co中的至少一种。
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