CN112164825A - 一种高压磷酸酯电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液 - Google Patents

一种高压磷酸酯电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结构式如下的高压磷酸酯电解液添加剂：
Figure DDA0002339249380000011
Figure DDA0002339249380000012
本发明磷酸酯类作为锂离子电池电解液的添加剂，由于它们能稳定LiPF6，在正极和负极表面形成一层均匀致密的CEI膜和SEI膜，稳固了电极‑电解液界面，从而保护了正负极材料受到副产物的攻击，使得电池性能得到极大的提升。

Description

一种高压磷酸酯电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电 解液
技术领域：
本发明涉及锂离子二次电池技术领域，具体涉及一种高压磷酸酯电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液。
背景技术：
在现有的产业化二次电池大环境下，锂离子电池因为具有能量密度高、化学可逆性强、价格低廉、运用广泛等优点，已经成为新能源储能电池中的佼佼者。
随着技术的不断成熟和市场需求质量的高标准，提升锂离子电池的放电比容量并稳定其库伦效率显得至关重要。因此提升锂离子电池的充放电范围从而提高电池的容量是目前正在探索的重中之重。但是，商用的空白电解液在4.9V的高压下会发生氧化分解，进而影响电极 -电解液界面的稳定性，与此同时，这些分解产物还会破坏电极结构，影响活性锂的脱嵌过程。
因此，寻找一种新型的电解液，提升它在4.9V高压窗口下的循环稳定性，进而延长锂离子电池的循环寿命。而在空白电解液中加入少量的添加剂是提升电池性能最简单最有效的方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高压磷酸酯电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液，提升全电池在4.9V高压窗口下的循环稳定性。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
结构式如下的高压磷酸酯电解液添加剂：
Figure RE-GDA0002469443660000021
一种高压功能电解液，该电解液包括空白电解液和在空白电解液中添加的相当于空白电解液质量0.5％～5％的上述高压磷酸酯电解液添加剂；所述的空白电解液包括环状碳酸酯溶剂、线性碳酸酯溶剂和导电锂盐；所述的环状碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯；所述的线性碳酸酯溶剂为碳酸甲乙烯酯；所述的导电锂盐为六氟磷酸锂。
优选地，碳酸乙烯酯与碳酸甲乙烯酯的体积比为3：7。
六氟磷酸锂在最终电解液中的浓度为0.9-1.1mol/L。
上述高压功能电解液的制备方法，包括如下步骤：
(1)将碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯在除水除氧的环境下混合得到溶剂；
(2)在室温条件下，将六氟磷酸锂加入步骤(1)得到的溶剂中，得到空白电解液；
(3)在步骤(2)得到的空白电解液中加入相当于空白电解液质量的0.5％～5％的高压磷酸酯电解液添加剂，得到高压电解液。
本发明还保护上述电解液在LiNi0.5Mn1.5O4/Graphite体系中的应用，得到的锂电池具有良好的充放电性能。
本发明的有益效果如下：
本发明磷酸酯类作为锂离子电池电解液的添加剂，由于它们能稳定LiPF6，在正极和负极表面形成一层均匀致密的CEI膜和SEI膜，稳固了电极-电解液界面，从而保护了正负极材料受到副产物的攻击，使得电池性能得到极大的提升。
附图说明：
图1是本发明实施例1所得最终电解液和空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池的循环性能图。
图2是本发明实施例2所得最终电解液和空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池的循环性能图。
图3是本发明实施例3所得最终电解液和空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池的循环性能图。
图4是本发明实施例4所得最终电解液和空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池的循环性能图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
(1)将环状碳酸酯溶剂碳酸乙烯酯(EC)和线性碳酸酯溶剂碳酸甲乙酯(EMC)按体积比EC:EMC＝3:7充分混合得到溶剂。
(2)在手套箱里，将导电锂盐LiPF6溶解在步骤(1)得到的溶剂中，导电锂盐的最终浓度为1.0mol/L，搅拌均匀，得到空白电解液。
(3)在步骤(2)制备的空白电解液中添加磷酸三丁酯，用量为空白电解液质量的1％，得到最终的电解液。
将本实施例所得最终电解液和步骤(2)的空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池进行循环性能比较，结果如图1所示。由图1可以看出，添加磷酸三丁酯制备的最终电解液，在4.9V下进行150圈后还能保持78％的容量保持率，而空白电解液进行150圈后只能保持 66％的容量保持率。从结果来看，磷酸三丁酯的加入能够改善锂离子电池的性能。
实施例2
(1)将环状碳酸酯溶剂碳酸乙烯酯(EC)和线性碳酸酯溶剂碳酸甲乙酯(EMC)按体积比EC:EMC＝3:7充分混合得到溶剂。
(2)在手套箱里，将导电锂盐LiPF6溶解在步骤(1)得到的溶剂中，导电锂盐的最终浓度为1.0mol/L，搅拌均匀，得到空白电解液。
(3)在步骤(2)制备的空白电解液中添加磷酸三戊酯，用量为空白电解液质量的1％，得到最终的电解液。
将本实施例所得最终电解液和步骤(2)的空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池进行循环性能比较，结果如图2所示。由图2可以看出，添加磷酸三戊酯制备的最终电解液，在4.9V下进行150圈后还能保持67.51％的容量保持率，而空白电解液进行150圈后只能保持66％的容量保持率。从结果来看，磷酸三戊酯的加入能够改善锂离子电池的性能。
实施例3
(1)将环状碳酸酯溶剂碳酸乙烯酯(EC)和线性碳酸酯溶剂碳酸甲乙酯(EMC)按体积比EC:EMC＝3:7充分混合得到溶剂。
(2)在手套箱里，将导电锂盐LiPF6溶解在步骤(1)得到的溶剂中，导电锂盐的最终浓度为1.0mol/L，搅拌均匀，得到空白电解液。
(3)在步骤(2)制备的空白电解液中添加磷酸三烯丙酯，用量为空白电解液质量的1％，得到最终的电解液。
将本实施例所得最终电解液和步骤(2)的空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池进行循环性能比较，结果如图3所示。由图3可以看出，添加磷酸三烯丙酯制备的最终电解液，在4.9V下进行150圈后还能保持75.60％的容量保持率，而空白电解液进行150圈后只能保持56.23％的容量保持率。从结果来看，磷酸三烯丙酯的加入能够改善锂离子电池的性能。
实施例4
(1)将环状碳酸酯溶剂碳酸乙烯酯(EC)和线性碳酸酯溶剂碳酸甲乙酯(EMC)按体积比EC:EMC＝3:7充分混合得到溶剂。
(2)在手套箱里，将导电锂盐LiPF6溶解在步骤(1)得到的溶剂中，导电锂盐的最终浓度为1.0mol/L，搅拌均匀，得到空白电解液。
(3)在步骤(2)制备的空白电解液中添加亚磷酸三烯丙酯，用量为空白电解液质量的 1％，得到最终的电解液。
将本实施例所得最终电解液和步骤(2)的空白电解液用于LiNi0.5Mn1.5O4/石墨扣式电池进行循环性能比较，结果如图4所示。由图4可以看出，添加亚磷酸三烯丙酯制备的最终电解液，在4.9V下进行150圈后还能保持70.68％的容量保持率，而空白电解液进行150圈后只能保持56.23％的容量保持率。从结果来看，亚磷酸三烯丙酯的加入能够改善锂离子电池的性能。

Claims (5)

1.结构式如下的高压磷酸酯电解液添加剂：
Figure FDA0002339249350000011
2.一种高压功能电解液，其特征在于，该电解液包括空白电解液和在空白电解液中添加的相当于空白电解液质量0.5％～5％的权利要求1所述高压磷酸酯电解液添加剂；所述的空白电解液包括环状碳酸酯溶剂、线性碳酸酯溶剂和导电锂盐；所述的环状碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯；所述的线性碳酸酯溶剂为碳酸甲乙烯酯；所述的导电锂盐为六氟磷酸锂。
3.根据权利要求2所述压功能电解液，其特征在于，碳酸乙烯酯与碳酸甲乙烯酯的体积比为3：7；六氟磷酸锂在最终电解液中的浓度为0.9-1.1mol/L。
4.权利要求2或3所述高压功能电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将碳酸乙烯酯和碳酸甲乙烯酯在除水除氧的环境下混合得到溶剂；
(2)在室温条件下，将六氟磷酸锂加入步骤(1)得到的溶剂中，得到空白电解液；
(3)在步骤(2)得到的空白电解液中加入相当于空白电解液质量的0.5％～5％的高压磷酸酯电解液添加剂，得到高压电解液。
5.权利要求2或3所述电解液在LiNi0.5Mn1.5O4/Graphite体系中的应用。
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