CN112952199B - 一种电解液及包含其的锂离子电池 - Google Patents

一种电解液及包含其的锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN112952199B
CN112952199B CN202110437223.4A CN202110437223A CN112952199B CN 112952199 B CN112952199 B CN 112952199B CN 202110437223 A CN202110437223 A CN 202110437223A CN 112952199 B CN112952199 B CN 112952199B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
additive
bis
carbonate
lin
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
CN202110437223.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112952199A (zh
Inventor
车佩佩
袁野
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.)
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd
Original Assignee
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd
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 Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd, Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd filed Critical Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Priority to CN202110437223.4A priority Critical patent/CN112952199B/zh
Publication of CN112952199A publication Critical patent/CN112952199A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112952199B publication Critical patent/CN112952199B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

本发明提供一种电解液及包含其的锂离子电池，所述电解液包含电解质、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含添加剂A和添加剂B，所述添加剂A为双氟磺酰亚胺金属盐和双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种，所述添加剂B为三甲氧基(3,3,3‑三氟丙基)硅烷。本发明的电解液可以提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善了电池的寿命。

Description

一种电解液及包含其的锂离子电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及一种电解液及包含其的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池的被广泛应用于新能源汽车、消费电子产品、储能等各类移动或固定式能量储存场景，这些应用对下一代锂离子电池产品提出了更高的能量密度和寿命要求。业界在努力开发新的阴极材料和阳极材料，而通过提升阳极材料的克容量已被证明可以更为直接的提升电池的能量密度。目前主流的商业阳极材料为石墨，其具有优异的稳定性。但其相对较低的理论容量(372mAh/g)已成为制约锂离子电池能量密度进一步提升的因素。在地球上硅资源丰富，价格低廉，具有很高的理论容量(～3640毫安时/克)，具有很好的作为锂离子电池负极材料的潜力。
尽管硅作为负极具有很高的克容量，但其在锂化后体积变化很大，使得固体电解质界面(SEI)容易被破坏而消耗活性锂，带来电池的容量损失。锂化后的硅与负极的粘合剂和电解液成分都具有高的反应活性，进一步减少了活性锂，消耗了电解液中的溶剂，破坏了粘合剂的粘结作用，并生成各种杂质相，导致电池内阻升高，容量下降。与此同时，为了发挥硅负极高克容量的优势，与其搭配的正极材料通常为三元或NCA，这类正极材料中的过渡金属离子在容易溶出到电解液，重新沉积在负极表面，催化生成更厚的SEI膜，消耗活性锂，导致电池容量的损失。
因此，在本领域，期望开发一种可以提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善电池寿命的电解液。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电解液及包含其的锂离子电池。本发明的电解液可以提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善了电池的寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种电解液，所述电解液包含电解质、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含添加剂A和添加剂B，所述添加剂A为双氟磺酰亚胺金属盐和双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种，所述添加剂B为三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷。
在本发明中，通过添加剂A中的金属离子在锂离子进入Si材料后，与Si和Li形成Li-M-Si多元化合物(M为金属离子)，大大提高了Si负极的稳定性，减少了Si负极与电解液的副反应，从而可以提高电池的库伦效率和循环寿命。电解液添加剂B三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷可以同时在正极和负极表面形成稳定的保护膜，从而提高电池的循环寿命。二者配合，能够更好地提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善电池的寿命。
在本发明中，所述双氟磺酰亚胺金属盐可以用M(FSI)x表示，其中M为Mg、Ca或Al中的一种，x为2～3，FSI为双氟磺酸亚胺基团。
在本发明中，所述双三氟磺酰亚胺金属盐可以用M(TFSI)x表示，其中M为Mg、Ca或Al中的一种，x为2～3，TFSI为双三氟磺酰亚胺基团。
优选地，所述双氟磺酰亚胺金属盐为如下结构的双氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种：
Figure BDA0003033615890000031
优选地，所述双三氟磺酰亚胺金属盐为如下结构的双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种：
Figure BDA0003033615890000032
在本发明中，添加剂B的结构如下：
Figure BDA0003033615890000033
优选地，所述添加剂A在电解液中的浓度为0.05-0.3mol/L，例如0.05mol/L、0.08mol/L、0.1mol/L、0.15mol/L、0.18mol/L、0.2mol/L、0.25mol/L、0.28mol/L或0.3mol/L。
优选地，所述添加剂B在电解液中的质量百分比浓度为0.002％-3％，例如0.002％、0.005％、0.008％、0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％或3％。
优选地，所述电解质为锂盐，所述锂盐优选LiPF6、LiClO4、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiSO3F、LiTFMSB、LiN(SO2F)2、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiBOB、LiPFO或四氟[草酸根-O,O’]磷酸锂中的一种或至少两种的组合，进一步优选LiPF6、LiBOB、LiBF4、LiSO3F、LiPO2F2、LiN(SO2CF3)2或LiN(SO2F)2中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述电解质在电解液中的浓度为0.5-2mol/L，例如0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L或2mol/L。
本发明所述的有机溶剂的种类没有特别限制，能够实现本发明的技术方案即可。作为例子，所述有机溶剂可选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二丙酯、1,4-丁内酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯或丁酸乙酯中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述有机溶剂在电解液中的质量百分含量为60％～90％，例如60％、63％、65％、68％、70％、75％、78％、80％、85％、88％或90％。
另一方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、负极、隔离膜以及如上所述的电解液。
优选地，所述正极包含的活性材料选自NCM和/NCA，所述负极包含的活性材料选自Si和石墨的物料复合物。
优选地，所述负极包含的活性材料中Si占复合物的质量百分比为5％-50％，例如5％、8％、10％、13％、15％、18％、20％、25％、28％、30％、35％、38％、40％、45％、48％或50％。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
在本发明中，通过添加剂A中的金属离子在锂离子进入Si材料后，与Si和Li形成Li-M-Si多元化合物(M为金属离子)，大大提高了Si负极的稳定性，减少了Si负极与电解液的副反应，从而可以提高电池循环寿命。电解液添加剂B三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷可以同时在正极和负极表面形成稳定的保护膜，从而提高电池的循环寿命。二者配合，能够更好地提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善电池的寿命。
附图说明
图1为对实施例1-3以及对比例1-3的锂离子电池循环寿命测试得到的容量保持率曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
配备一种电解液，其中溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯四种混合溶剂(混合比例为1.5:1.5:6:1)，电解质为锂盐LiPF6,电解质浓度1mol/L，添加剂包含碳酸亚乙烯酯，亚硫酸丙烯酯，添加剂A
Figure BDA0003033615890000051
和添加剂B三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷，添加剂A在电解液中的含量为0.3mol/L，添加剂B在电解液中的质量百分比为0.1％。正极采用NCM材料，负极采用石墨和硅的复合物，其中硅含量为10％。将正极、负极、电解液装配成电芯进行测试。
实施例2
配备一种电解液，其中溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯四种混合溶剂(混合比例为1.5:1.5:6:1)，电解质为锂盐LiPF6，电解质浓度2mol/L，添加剂包含碳酸亚乙烯酯，亚硫酸丙烯酯，添加剂
Figure BDA0003033615890000061
和添加剂B三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷，添加剂A在电解液中的含量为0.05mol/L，添加剂B在电解液中的质量百分比为0.005％。正极采用NCM材料，负极采用石墨和硅的复合物，其中硅含量为10％。将正极、负极、电解液装配成电芯进行测试。
实施例3
配备一种电解液，其中溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯四种混合溶剂(混合比例为1.5:1.5:6:1)，电解质为锂盐LiPF6,电解质浓度1mol/L，添加剂包含碳酸亚乙烯酯，亚硫酸丙烯酯，添加剂
Figure BDA0003033615890000062
和添加剂B三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷，添加剂A在电解液中的含量为0.2mol/L，添加剂B在电解液中的质量百分比为1％。正极采用NCM材料，负极采用石墨和硅的复合物，其中硅含量为10％。将正极、负极、电解液装配成电芯进行测试。
对比例1
在该对比例中，与实施例1不同之处仅在于，所述电解液中添加剂不包括添加剂A和添加剂B，其余添加剂用量相同。
对比例2
在该对比例中，与实施例1不同之处仅在于，所述电解液中添加剂不包括添加剂A，添加剂B的含量为3％，其余添加剂用量相同。
对比例3
在该对比例中，与实施例1不同之处仅在于，所述电解液中添加剂不包括添加剂B，添加剂A的含量为0.3mol/L,其余添加剂用量相同。
对实施例1-3以及对比例1-3的锂离子电池循环寿命的表征测试，其测试方法为对装配好的电池做1C/1C倍率的充放电循环，循环寿命＝第N圈放电容量/第一圈放电容量。
测试结果如图1所示，由图1可以看出，在添加剂A和添加剂B同时添加到电解液中时，更有利于提高正负极界面的稳定性，对硅基电芯的的常温循环容量保持率有较大的提升。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的电解液及包含其的锂离子电池，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (13)

1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包含电解质、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含添加剂A和添加剂B，所述添加剂A为双氟磺酰亚胺金属盐和双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种，所述添加剂B为三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷；
所述双氟磺酰亚胺金属盐用M(FSI)x表示，其中M为Mg、Ca或Al中的一种，x为2～3，FSI为双氟磺酰亚胺基团；
所述双三氟磺酰亚胺金属盐用M(TFSI)x表示，其中M为Mg、Ca或Al中的一种，x为2～3，TFSI为双三氟磺酰亚胺基团。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述双氟磺酰亚胺金属盐为如下结构的双氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种：
Figure FDA0003734978730000011
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述双三氟磺酰亚胺金属盐为如下结构的双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种：
Figure FDA0003734978730000012
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂A在电解液中的浓度为0.05-0.3mol/L。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂B在电解液中的质量百分比浓度为0.002％-3％。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解质为锂盐。
7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiClO4、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiSO3F、LiTFMSB、LiN(SO2F)2、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiBOB、LiPFO或四氟[草酸根-O,O’]磷酸锂中的一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiBOB、LiBF4、LiSO3F、LiPO2F2、LiN(SO2CF3)2或LiN(SO2F)2中的一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解质在电解液中的浓度为0.5-2mol/L。
10.根据权利要求1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、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二丙酯、1,4-丁内酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯或丁酸乙酯中的一种或至少两种的组合。
11.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂在电解液中的质量百分含量为60％～90％。
12.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极、负极、隔离膜以及如权利要求1-11中任一项所述的电解液；
所述正极包含的活性材料选自NCM或NCA，所述负极包含的活性材料选自Si和石墨的物料复合物。
13.根据权利要求12所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极包含的活性材料中Si占复合物的质量百分比为5％-50％。
CN202110437223.4A 2021-04-22 2021-04-22 一种电解液及包含其的锂离子电池 Active CN112952199B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110437223.4A CN112952199B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种电解液及包含其的锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110437223.4A CN112952199B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种电解液及包含其的锂离子电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112952199A CN112952199A (zh) 2021-06-11
CN112952199B true CN112952199B (zh) 2022-08-23

Family

ID=76233147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110437223.4A Active CN112952199B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种电解液及包含其的锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112952199B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114843500A (zh) * 2022-05-09 2022-08-02 武汉大学 一种锂离子电池富锂锰基正极材料稳定界面的构筑方法及应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109461967A (zh) * 2018-11-01 2019-03-12 江西优锂新材股份有限公司 一种高镍三元正极材料动力锂离子电池电解液及制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109461967A (zh) * 2018-11-01 2019-03-12 江西优锂新材股份有限公司 一种高镍三元正极材料动力锂离子电池电解液及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112952199A (zh) 2021-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111342138B (zh) 一种提高成膜性的锂离子电池电解液的使用方法
US20180254516A1 (en) Non-aqueous electrolytes for high energy lithium-ion batteries
KR20180126306A (ko) 리튬 이차전지용 비수전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20180050780A (ko) 비수전해액 및 리튬 이차전지
KR100515331B1 (ko) 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
EP3872914B1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
CN112952199B (zh) 一种电解液及包含其的锂离子电池
CN111883834B (zh) 一种非水锂离子电池电解液添加剂、包含其的电解液以及锂离子电池
US11444326B2 (en) Heterocyclic sulfonyl fluoride additives for electrolyte composition for lithium batteries
CN115332631B (zh) 一种高电压电解液及高电压锂离子电池
EP4131550B1 (en) Electrolyte additives for secondary battery, non-aqueous electrolyte for secondary battery comprising same and secondary battery
KR100490626B1 (ko) 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN114069050B (zh) 一种高稳定性的钾离子电池酰胺类电解液及其应用
KR20210137547A (ko) 리튬 배터리 및 이에 함유되는 게르마늄 오르가닐 기반 전해질 첨가제의 전해질 첨가제로서의 용도
JP2024508935A (ja) 二次電池用電解液及びそれを含む二次電池
KR20180049341A (ko) 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN112117492A (zh) 一种有机酯类电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂金属电池和应用
KR20210123606A (ko) 리튬 이차 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR100370384B1 (ko) 리튬 전지용 비수전해액
US20230253627A1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
CN115732755B (zh) 一种电解液及使用该电解液的二次电池
KR102486689B1 (ko) 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
US20230216088A1 (en) Electrolyte for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Including the Same
US20230054122A1 (en) Electrolyte Solution for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Including the Same
EP4160764A1 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same

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