CN113161614A - 一种锂离子电池电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、溶解于非水有机溶剂中的锂盐、添加剂、辅助成膜剂，所述辅助成膜剂为绿原酸。所述添加剂为碳酸丙烯酯、环已基苯和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯按照质量比为1:1:1配制而成。所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙烯中的任意一种或几种。所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂中的一种或几种。
Description
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电解液。
背景技术
当锂离子电池满充后继续充电出现过充电时，锂离子电池的正负极都会处于一种“超负荷”的状态，因此会产生一系列的副反应。在正极处，电位升高极易氧化电解液中的非水有机溶剂，而由于过充电引起的非水有机溶剂氧化反应所释放的热量远远高于正常充放电情况下非水有机溶剂发生氧化反应所释放的热量；在负极处，锂离子的嵌入反应会持续进行，导致锂离子容易在负极表面发生沉积反应。这些异常反应都会使锂离子电池的性能迅速恶化，更加严重时会发生热量的大面积扩散、电池内部短路等问题，增加锂离子电池起火爆炸的可能性。
为了避免过充电带来的种种问题，目前本领域内通常的做法是在锂离子电池的电解液中添加少量具有可逆和不可逆以及关闭效果的添加剂来改善锂离子电池的过充性能。尤其是具有关闭效果的添加剂，其不受可逆性添加剂扩散和浓度的限制，在锂离子电池中有着更广泛的应用。当锂离子电池发生过充电时电压迅速上升，该类具有关闭效果的添加剂发生不可逆的化学反应过程，并主要通过产生气体打开电流控制安全阀切断电流或者通过聚合增加电池阻抗降低电流来实现一种不可逆的、一次性充电切断。当电解液中加入联苯、环己基苯、叔丁基苯等具有关闭效果的苯类化合物时，其能够在电池过充电时在正电极处发生聚合，引起电池中阻抗的增加，产生大量气体顶开电流控制安全阀实现电流的切断。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、溶解于非水有机溶剂中的锂盐、添加剂、辅助成膜剂，其中辅助成膜剂为绿原酸，其结构式为：
更进一步地，所述辅助成膜剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：0.006％～0.088％。
进一步地，所述添加剂为碳酸丙烯酯、环已基苯和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯按照质量比为1:1:1配制而成。
更进一步地，所述添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：2.2％～9.6％。
进一步地，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙烯中的任意一种或几种。
进一步地，所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂中的一种或几种。
更进一步地，所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐在电解液中的浓度为0.96％～1.69％。
本发明具有如下有益效果：本发明中，采用绿原酸作为辅助成膜剂，并且限定其添加计量，和添加剂等配置后的电解液能够有效的降低了电池的高温存储的厚度膨胀率，30天后其膨胀率均小于3％。
具体实施方式
下面对本发明实施例作具体详细的说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
实施例1
一种锂离子电池电解液，具体包括：非水有机溶剂、溶解于非水有机溶剂中的锂盐、添加剂、辅助成膜剂，其中辅助成膜剂为绿原酸，所述辅助成膜剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：0.006％。所述添加剂为碳酸丙烯酯、环已基苯和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯按照质量比为1:1:1配制而成，添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：2.2％。所述非水有机溶剂为体积比为3:3:2:2的碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯。所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐为质量比为3.2:2.5的六氟磷酸锂和双草酸硼酸锂混合锂盐。
组装电池：正极片制备是将磷酸铁锂、导电剂Super P、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比为8:1:1混合均匀，滴加N-甲基吡咯烷酮支撑浆料涂覆在集流体铝箔上，干燥；负极片制备是将活性材料石墨、导电剂Super P、粘结剂羟甲基纤维素钠按照质量比为7:1.5:1.5混合均匀，滴加去离子水混合成浆料，涂覆在集流体上，干燥；隔膜选用聚烯烃膜；电解液为上述所述的电解液。
实施例2
一种锂离子电池电解液，具体包括：非水有机溶剂、溶解于非水有机溶剂中的锂盐、添加剂、辅助成膜剂，其中辅助成膜剂为绿原酸，所述辅助成膜剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：0.088％。所述添加剂为碳酸丙烯酯、环已基苯和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯按照质量比为1:1:1配制而成，添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：9.6％。所述非水有机溶剂为体积比为1:1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸丙烯中。所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐为质量比为3:2:3:2的六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和六氟砷酸锂混合锂盐。
组装电池：正极片制备是将磷酸铁锂、导电剂Super P、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比为8:1:1混合均匀，滴加N-甲基吡咯烷酮支撑浆料涂覆在集流体铝箔上，干燥；负极片制备是将活性材料石墨、导电剂Super P、粘结剂羟甲基纤维素钠按照质量比为7:1.5:1.5混合均匀，滴加去离子水混合成浆料，涂覆在集流体上，干燥；隔膜选用聚烯烃膜；电解液为上述所述的电解液。
实施例3
一种锂离子电池电解液，具体包括：非水有机溶剂、溶解于非水有机溶剂中的锂盐、添加剂、辅助成膜剂，其中辅助成膜剂为绿原酸，所述辅助成膜剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：0.048％。所述添加剂为碳酸丙烯酯、环已基苯和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯按照质量比为1:1:1配制而成，添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：5.6％。所述非水有机溶剂为体积比为3:2:3的碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯和乙酸乙酯。所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐为质量比为2.6:5:2.4的二氟草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂混合锂盐。
组装电池：正极片制备是将磷酸铁锂、导电剂Super P、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比为8:1:1混合均匀，滴加N-甲基吡咯烷酮支撑浆料涂覆在集流体铝箔上，干燥；负极片制备是将活性材料石墨、导电剂Super P、粘结剂羟甲基纤维素钠按照质量比为7:1.5:1.5混合均匀，滴加去离子水混合成浆料，涂覆在集流体上，干燥；隔膜选用聚烯烃膜；电解液为上述所述的电解液。
实施例4
一种锂离子电池电解液，具体包括：非水有机溶剂、溶解于非水有机溶剂中的锂盐、添加剂、辅助成膜剂，其中辅助成膜剂为绿原酸，所述辅助成膜剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：0.079％。所述添加剂为碳酸丙烯酯、环已基苯和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯按照质量比为1:1:1配制而成，添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：8.2％。所述非水有机溶剂为体积比为3:3:4的碳酸二甲酯、乙酸乙酯和乙酸丙烯。所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐为质量比为3:4:3的六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和三氟甲基磺酸锂混合锂盐。
组装电池：正极片制备是将磷酸铁锂、导电剂Super P、粘结剂聚偏氟乙烯按照质量比为8:1:1混合均匀，滴加N-甲基吡咯烷酮支撑浆料涂覆在集流体铝箔上，干燥；负极片制备是将活性材料石墨、导电剂Super P、粘结剂羟甲基纤维素钠按照质量比为7:1.5:1.5混合均匀，滴加去离子水混合成浆料，涂覆在集流体上，干燥；隔膜选用聚烯烃膜；电解液为上述所述的电解液。
性能测试：高温存储测试过程为将实施例1～4的电池各取3只，在常温(25±2℃)下以0.5C倍率恒定电流充电至4.3V，进一步在4.3V恒定电压下充电至电流为0.05C，使其处于4.3V满充状态。测试存储前的满充电池厚度并记为存储前厚度；再将满充状态的电池置于60℃烘箱中，第30天后将电池取出测试其存储后厚度，计算相对于存储前厚度的膨胀率，公式为：厚度膨胀率(％)＝[(存储后厚度-存储前厚度)/存储前厚度]×100％，其结果如表1所示；(2)容量测试过程为：将实施例1～4的电池各取3只，在35±2℃下以0.5C倍率恒定电流充电至4.3V，进一步在4.3V恒定电压下充电至电流为0.05C，然后以0.5C倍率恒定电流放电至3.0V，此容量记为放电容量，其结果如表1所示，
表1.测试结果：
从表1中可以看出，实施例1～4中的锂离子电池在测试后，其膨胀率均小于3％，有效的降低了电池的高温存储的厚度膨胀率。
Claims (7)
1.一种锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、溶解于非水有机溶剂中的锂盐、添加剂、辅助成膜剂，其特征在于，所述辅助成膜剂为绿原酸，其结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述辅助成膜剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：0.006％～0.088％。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂为碳酸丙烯酯、环已基苯和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯按照质量比为1:1:1配制而成。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为：2.2％～9.6％。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙烯中的任意一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述溶解于非水有机溶剂中的锂盐在电解液中的浓度为0.96％～1.69％。
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