CN112993407B - 一种锂离子电池用电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池用电解液，所述电解液包括溶剂、电解质盐和添加剂；所述的溶剂含有碳酸乙烯酯。用的溶剂更有利于锂盐解离、具有更高的锂离子电导率，采用的添加剂形成固体电解质膜具有有更低的电极界面阻抗，所以可以实现更高的离子传导能力，补齐了高功率下放电时，电化学反应过程的短板，因此使用本发明提供的电解液的电池具有更高的功率性能。

Description

一种锂离子电池用电解液
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及锂离子电池用电解液。
背景技术
锂离子电池作为目前主流的二次电池技术，在消费电子、电动汽车和大规模储能等行业得到广泛的应用，极大地改善了人类的生活。随着应用环境的变化，越来越要求锂离子电池在更高的比功率工况下运行，即具有快速充放电能力。如汽车、高铁、地铁用启停电池、无人机航模电池等等。
提高锂离子电池的高功率的关键之一是加快电池充放电过程锂离子传输速率，包括提高电解液中锂离子的传输速率、锂离子通过电极界面、锂离子进入电极材料内部。其中前两个因素都与电解液相关。所以如何提高电解液的性能是改善锂离子电池功率特性的关键。
现有技术中,电解液传导锂离子的能力无法与高速率的电化学反应、电子传导速率相匹配、而且现有电解液与电极材料形成的固体电解质界面膜的离子传递的阻抗仍然很大，阻止了锂离子电池的高功率性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供适用于高功率特性的锂离子电池的电解液。这类电解液不但电导率高，而且与电极形成的表面界面锂离子传输电阻低。应用此类电解液的锂离子二次电池具有更高倍率性能。具体采取如下技术方案：
本发明一方面提供一种适用于高功率特性的锂离子电池专用电解液；所述电解液包括溶剂、电解质盐和添加剂；所述的溶剂含有碳酸乙烯酯。
基于以上技术方案，优选的，所述的溶剂还含有结构式(1)、结构式(2)和结构式(3)所述有机物中的至少一种；
Figure BDA0002318462560000011
Figure BDA0002318462560000021
所述R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9独立的为C1-50的脂肪族、C1-50的脂肪环族、C1-50的氟烷烃或C1-50的芳烃基团。
基于以上技术方案，优选的，所述C1-50的的脂肪族、C1-50的脂肪环族、C1-50的氟烷烃、C1-50的芳烃基团中的部分基团可以被取代基取代，所述取代基为卤素、酯基、羰基、磺基、羧基、羟基等；所述的C1-50的脂肪族或C1-50的脂肪环族、C1-50的氟烷烃、C1-50的芳烃基团为直链或者支链结构。
基于以上技术方案，优选的，所述的电解质盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂中的一种或者两种以上，电解质盐占整体电解液的浓度为0.01mol/L～10mol/L；
基于以上技术方案，优选的，所述的添加剂包括式(4)，式(5)和式(6)中的至少一种；
Figure BDA0002318462560000022
其中，R10，R11，R12，R13，R14，R15独立的为C1-50的脂肪族、C1-50的脂肪环族、C1-50的氟烷烃或C1-50的芳烃基团。
基于以上技术方案，优选的所述C1-50的的脂肪族、C1-50的脂肪环族、C1-50的氟烷烃、C1-50的芳烃基团中的部分基团可以被取代基取代，所述取代基为卤素、酯基、羰基、磺基、羧基、羟基等；所述的C1-50的脂肪族或C1-50的脂肪环族、C1-50的氟烷烃、C1-50的芳烃基团为直链或者支链结构。
基于以上技术方案，优选的，所述的添加剂还可以包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯。
基于以上技术方案，优选的，所述的添加剂占电解液整体的含量为0.05％～10wt％。
本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池的电解液为上述电解液。
基于以上技术方案，优选的，所述锂离子电池的高功率特性是指锂离子电池至多在10分钟内放电完毕。
有益效果
本发明提供的电解液采用的溶剂更有利于锂盐解离、具有更高的锂离子电导率，采用的添加剂形成固体电解质膜具有有更低的电极界面阻抗，所以可以实现更高的离子传导能力，补齐了高功率下放电时，电化学反应过程的短板，因此使用本发明提供的电解液的电池具有更高的功率性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例1电池的交流阻抗图。
具体实施方式
实施例中举例的不同阳离子、溶剂结构式如下
Figure BDA0002318462560000031
Figure BDA0002318462560000041
Figure BDA0002318462560000051
Figure BDA0002318462560000061
实施例1
电解液组成：溶剂、电解质盐和添加剂。
溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(溶剂结构1)(体积比为1:1)。
电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol/L，
添加剂为添加剂结构1，浓度为2％。
将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。并测试电池交流阻抗，记录于图1
对比例1
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯(体积比为1:1)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol/L，添加剂为碳酸亚乙烯酯，浓度为2％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。并测试电池交流阻抗，条件铜实施例1，记录于图1。
实施例2
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(结构2)(体积比为1:1.5)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1.2mol/L，添加剂为添加剂结构2，浓度为2％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。
实施例3
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(结构3)(体积比为1:1)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1.1mol/L，添加剂为添加剂结构3，浓度为2％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。
实施例4
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(结构4)(体积比为1:1)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为0.5mol/L，双氟磺酰亚胺锂，浓度为0.5mol/L，添加剂为添加剂结构4，浓度为2％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。
实施例5
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(结构5)(体积比为0.8：1)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol/L，添加剂为添加剂结构5，浓度为2％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。
实施例6
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(结构6)(体积比为1::1.5)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol/L，添加剂为添加剂结构6，浓度为2％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。
实施例7
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(结构7)(体积比为1:1)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol/L，添加剂为添加剂结构7，浓度为1.5％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。
实施例8
电解液组成。溶剂：碳酸乙烯酯、溶剂(结构8)(体积比为1:1)。电解质盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol/L，添加剂为添加剂结构8，浓度为2.5％。将上述材料混合均匀后，测试电解液电导率。用于测试电解液性能的正极材料为钴酸锂，担量为4mg/cm2，负极材料为石墨，担量为1.5mg/cm2。隔膜为聚丙烯隔膜，组成2016扣式电池。充放电电流分别为10A，截止电压为3.0V～4.2V。记录电池基于活性物质的能量密度于表2。
表1实施例和对比例中电解液的电导率。
Figure BDA0002318462560000081
Figure BDA0002318462560000091
表2使用实施例和对比例中电解液的电池性能
Figure BDA0002318462560000092
本发明实施例提供的氟离子电池用电解液在实施例中较对比例1的电解液具有更高的离子电导率，测试它们的电池性能也叫对比例电解液的电池大幅提高。这是因为采用本发明提供的更有利于锂盐解离、具有更高的锂离子电导率，采用的添加剂形成固体电解质膜具有有更低的电极界面阻抗，所以可以实现更高的离子传导能力，补齐了高功率下放电时，电化学反应过程的短板，因此使用本发明提供的电解液的电池具有更高的功率性能。

Claims (4)

1.一种锂离子电池用电解液，其特征在于，所述电解液包括溶剂、电解质盐和添加剂；所述的溶剂包括碳酸乙烯酯和如下结构的化合物：
Figure FDA0003625509780000011
Figure FDA0003625509780000021
所述的添加剂包括如下结构的化合物：
Figure FDA0003625509780000022
Figure FDA0003625509780000031
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的电解质盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂中的至少一种；电解质盐在电解液中的浓度为0.01mol/L～10mol/L。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的添加剂占电解液的含量为0.05％～10wt％。
4.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的电解液为权利要求1-3任意一项所述的电解液。
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