CN113363576A - 一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池 - Google Patents
一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113363576A CN113363576A CN202110470919.7A CN202110470919A CN113363576A CN 113363576 A CN113363576 A CN 113363576A CN 202110470919 A CN202110470919 A CN 202110470919A CN 113363576 A CN113363576 A CN 113363576A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyte
- oxazolidinone
- lithium ion
- carbonate
- ion battery
- 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.)
- Pending
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 96
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 90
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 90
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- IZXIZTKNFFYFOF-UHFFFAOYSA-N 2-Oxazolidone Chemical compound O=C1NCCO1 IZXIZTKNFFYFOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- -1 oxazolidinone compound Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 18
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 claims description 28
- AUKCYOUETBBMFV-UHFFFAOYSA-N 3-trimethylsilyl-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound C[Si](C)(C)N1CCOC1=O AUKCYOUETBBMFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 7
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- ODFNHMCDRQRNDI-UHFFFAOYSA-N 3-triethylsilyl-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound CC[Si](CC)(CC)N1CCOC1=O ODFNHMCDRQRNDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 5
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 4-ethenyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound C=CC1COC(=O)O1 BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001305 LiMPO4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910013100 LiNix Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 4
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- HAMHQFPQTWMXNK-UHFFFAOYSA-N C1(=CC=CC=C1)[Si](N1C(OCC1)=O)(C1=CC=CC=C1)C1=CC=CC=C1 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)[Si](N1C(OCC1)=O)(C1=CC=CC=C1)C1=CC=CC=C1 HAMHQFPQTWMXNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PPMCFKAXXHZLMX-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxocan-2-one Chemical compound O=C1OCCCCCO1 PPMCFKAXXHZLMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HNAGHMKIPMKKBB-UHFFFAOYSA-N 1-benzylpyrrolidine-3-carboxamide Chemical compound C1C(C(=O)N)CCN1CC1=CC=CC=C1 HNAGHMKIPMKKBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 2-(2-sulfanylethyl)isoindole-1,3-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(CCS)C(=O)C2=C1 UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OQXNUCOGMMHHNA-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide Chemical compound CC1COS(=O)(=O)O1 OQXNUCOGMMHHNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001148 Al-Li alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NEILRVQRJBVMSK-UHFFFAOYSA-N B(O)(O)O.C[SiH](C)C.C[SiH](C)C.C[SiH](C)C Chemical compound B(O)(O)O.C[SiH](C)C.C[SiH](C)C.C[SiH](C)C NEILRVQRJBVMSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JGFBQFKZKSSODQ-UHFFFAOYSA-N Isothiocyanatocyclopropane Chemical compound S=C=NC1CC1 JGFBQFKZKSSODQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910008365 Li-Sn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910008410 Li-Sn-O Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910015044 LiB Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013098 LiBF2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010941 LiFSI Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013426 LiN(SO2F)2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910012265 LiPO2F2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910006759 Li—Sn Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910006763 Li—Sn—O Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N Methyl propionate Chemical compound CCC(=O)OC RJUFJBKOKNCXHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910006095 SO2F Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010248 TiO2—Li4Ti5O12 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 2
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OBNCKNCVKJNDBV-UHFFFAOYSA-N butanoic acid ethyl ester Natural products CCCC(=O)OCC OBNCKNCVKJNDBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PWLNAUNEAKQYLH-UHFFFAOYSA-N butyric acid octyl ester Natural products CCCCCCCCOC(=O)CCC PWLNAUNEAKQYLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 2
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 claims description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCCC VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N ethenyl sulfate;hydron Chemical compound OS(=O)(=O)OC=C VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 claims description 2
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910001540 lithium hexafluoroarsenate(V) Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 claims description 2
- 229940017219 methyl propionate Drugs 0.000 claims description 2
- UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N n-butyric acid methyl ester Natural products CCCC(=O)OC UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MHYFEEDKONKGEB-UHFFFAOYSA-N oxathiane 2,2-dioxide Chemical compound O=S1(=O)CCCCO1 MHYFEEDKONKGEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZRZFJYHYRSRUQV-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid trimethylsilane Chemical compound C[SiH](C)C.C[SiH](C)C.C[SiH](C)C.OP(O)(O)=O ZRZFJYHYRSRUQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002153 silicon-carbon composite material Substances 0.000 claims description 2
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ZZQCNOYOTCKREK-UHFFFAOYSA-N 3-silyl-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound [SiH3]N1CCOC1=O ZZQCNOYOTCKREK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- KAEZJNCYNQVWRB-UHFFFAOYSA-K P(=O)([O-])([O-])[O-].[Li+].C(C(=O)F)(=O)F.[Li+].[Li+] Chemical compound P(=O)([O-])([O-])[O-].[Li+].C(C(=O)F)(=O)F.[Li+].[Li+] KAEZJNCYNQVWRB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- SSBFISCARUPWGN-UHFFFAOYSA-N [Li].C(C(=O)F)(=O)F Chemical compound [Li].C(C(=O)F)(=O)F SSBFISCARUPWGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 claims 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 206010067482 No adverse event Diseases 0.000 abstract description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011232 storage material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 51
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 36
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 33
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 239000002262 Schiff base Substances 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 125000003808 silyl group Chemical group [H][Si]([H])([H])[*] 0.000 description 3
- VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-tetramine Chemical compound NCCNCCNCCN VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006245 Carbon black Super-P Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010942 LiFP6 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229960001124 trientine Drugs 0.000 description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNVGFKWHABYPNW-UHFFFAOYSA-N CC[Si](CC)(CC)N1[CH-]OCC1=O Chemical compound CC[Si](CC)(CC)N1[CH-]OCC1=O HNVGFKWHABYPNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O Chemical compound [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 150000003934 aromatic aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 150000008365 aromatic ketones Chemical class 0.000 description 1
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Inorganic materials [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011356 non-aqueous organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 238000009461 vacuum packaging Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
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
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及储能材料领域，尤其涉及一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂至少包括一种硅烷基噁唑烷酮类化合物，所述硅烷基噁唑烷酮类化合物占电解液总重量的0.01%‑10%。本发明提供的电池在电解液中添加剂硅烷基噁唑烷酮类化合物，利用硅烷基噁唑烷酮类化合物的化学特性，可以及时可以除去电解液中多余的水和HF并且无不良反应产生，另外该类添加剂还可以在锂离子电池负极表面还原成膜，另外，噁唑烷酮基团在电池正极表面会发生聚合反应，形成致密的SEI膜，可以保护正极材料结构和防止金属离子的溶出，会进一步改善电池的常温循环及高温存储性能，提高电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及储能材料领域，尤其涉及一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池。
背景技术
锂离子电池由于具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和无记忆效应等优点而引起了研究人员的关注，被广泛应用于消费类电子产品以及储能与动力电池中。在锂离子电池中，电解液是锂离子电池的重要组分，其重量占整个电池材料的15％，体积占32％，由此可见，电解液的性能本身及其与两电极的相容性直接影响到锂离子电池的性能。因此，电解液的研究与开发对锂离子电池性能的研究与发展至关重要。然而，至今电解液仍存在与正负极的相容性不高、安全性不稳定等突出问题。研究发现，添加剂的使用可以显著提高电池的某些性能，包括电极容量、倍率充放电性能、正负极匹配性能、循环性能或安全性能等。在功能添加剂中，负极成膜添加剂非常重要且使用较多，能够用于改善电池的倍率性能和循环寿命，目前常用的有碳酸亚乙烯酯和碳酸乙烯亚乙酯等，但是对于有机电解液中的水和HF却难以有所作用。有机电解液中水和酸(HF)的含量过高，不仅会导致LiFP6的分解，而且会破坏SEI膜。当Al2O3、MgO、BaO和锂或钙的碳酸盐等作为添加剂加入到电解液中，它们将与电解液中微量的HF发生反应，降低HF的含量，阻止其对电极的破坏和对LiFP6分解的催化作用，提高电解液的稳定性，从而改善电池性能。但这些物质去除HF的速度较慢，因此很难做到阻止HF对电池性能的破坏。而一些酸酐类化合物虽然能较快地去除HF，但会同时产生破坏电池性能的其它酸性物质。
公开号CN103280598B，一种锂离子电池及其电解液，包括所述锂离子电池的电解液包括锂盐﹑非水有机溶剂以及双希夫碱类化合物的添加剂，其中双希夫碱类化合物为芳香醛缩三乙烯四胺双希夫碱或芳香酮缩三乙烯四胺双希夫碱。该发明能抑制金属离子在负极极片表面的还原沉积，提高高温性能。但是，该方案无法有效除去电池中的水分和HF，并且在正极难以聚合成膜。
公开号CN105745779B，含有含甲硅烷基化合物的用于添加于电解液中的组合物、电解液以及锂离子二次电池，申请说明书中记载了分别包含1种以上的化合物(a)：含甲硅烷基化合物和1种以上的化合物(b)：碱性化合物和/或硅化合物的用于添加于电解液中的组合物。该发明提及甲硅烷基用于添加于电解液中能在维持电池的循环特性的同时提高转换效率，能降低气体产生量，但对水和产生的HF的去除能力没有提及。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池。
利用硅烷基噁唑烷酮类化合物的化学特性，可以及时可以除去电解液中多余的水和HF并且无不良反应产生，另外该类添加剂还可以在锂离子电池负极表面还原成膜，另外，噁唑烷酮基团在电池正极表面会发生聚合反应，形成致密的SEI膜，可以保护正极材料结构和防止金属离子的溶出，会进一步改善电池的常温循环及高温存储性能，提高电池的使用寿命。
本发明第一方面提供了一种锂离子电池电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂至少包括一种硅烷基噁唑烷酮类化合物；
所述含硅烷基噁唑烷酮类化合物的分子结构通式为：
通式中，R1，R2，R3为碳原子数为1-7的烷烃基或烷烃基衍生物中的一种或几种；所述硅烷基噁唑烷酮类化合物占电解液总重量的0.01％-10％。
将硅烷基噁唑烷酮类化合物应用到锂离子电池中后，因为分子属于Lewis碱，会与酸反应，且结构较大，易于水解，所以能够较快的除去电解液中多余的水和HF，机理如式2所示，并且产生的硅烷基会作用于锂离子电池的负极电极界面，形成SEI膜，显著提高锂离子电池的循环性能和高温存储性能，同时对功率性能等无明显劣化。另外，分子中的噁唑烷酮基团在电池中会发生聚合反应，形成致密的SEI作用在正极表面，能够保护正极材料结构和防止金属离子的溶出，机理如式3所示。
作为优选，所述烷烃基衍生物包括卤代物，氰基取代物、羧基取代物和磺酸基取代物中的一种或几种。
作为优选，所述硅烷基噁唑烷酮类化合物为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮、3-三乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮、3-三丙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮、3-一甲基二乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，3-三苯基甲硅烷基-2-噁唑烷酮和上述化合物衍生物中的一种或几种。
作为优选于，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺酸内脂(1,3-PS)，1,4-丁烷磺酸内脂(1,4-BS)，1，3-丙烯磺酸内酯(PES)，硫酸乙烯酯(DTD)，硫酸丙烯酯(TS)，三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)，三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)，二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)，LiBF4，LiFSI和LiPO2F2中的一种或多种；所述添加剂占电解液总重量的0.01％-30％；所述硅烷基噁唑烷酮类化合物占电解液总重量的0.01％-2％。
作为优选，所述锂盐选自LiPF6，LiBF4，LiN(SO2F)2，LiClO4，LiAsF6，LiB(C2O4)2，LiBF2C2O4，LiN(SO2RF)2和LiN(SO2F)(SO2RF)中的一种或几种；所述LiN(SO2RF)2,LiN(SO2F)(SO2RF)中，RF为CnF2n+1，n＝1-10；所述锂盐占电解液总重量的6.25-25％。
作为优选，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸戊烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、1,4-丁内酯，丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯和丁酸乙酯中的一种或多种。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和隔膜，包括上述任一项所述的电解液。
作为优选，所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体上的正极活性浆料层；所述正极活性浆料层包括正极活性材料；所述的活性材料选自钴酸锂LiCoO2，LiNixAyB(1-x-y)O2，LiMPO4和Li1-x’Qy’Lz’C(1-y’-z’)O2中的一种或几种；所述LiNixAyB(1-x-y)O2中，A、B分别选自Co、Al、Mn中的一种，且A和B不同，0<x<1,0<y<1且x+y<1；所述LiMPO4具有橄榄石型结构，M选自Co、Ni、Fe、Mn、V中的一种或几种；所述Li1-x’Qy’Lz’C(1-y’-z’)O2中，0<x’<1，0<y’<1，0<z’<1，且y’+z’<1，Q、L、C分别选自Co、Ni、Fe、Mn中的一种，且Q、L、C各不相同。
作为优选，所述负极片包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性浆料层；所述负极活性浆料层包括负极活性材料；所述负极活性材料可以选自金属锂、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳，硅、硅碳复合物、Li-Sn合金，Li-Sn-O合金，Sn，SnO、SnO2尖晶石结构的锂化TiO2-Li4Ti5O12和Li-Al合金中的一种或几种。
作为优选，所述隔膜包括聚烯烃基膜、无机粒子涂覆隔膜、芳纶涂覆隔膜和无极粒子-PVDF混合涂层隔膜中一种或几种为主体组成的复合物。
与现有技术对比，本发明提供的电池在电解液中添加剂硅烷基噁唑烷酮类化合物，利用硅烷基噁唑烷酮类化合物的化学特性，可以及时可以除去电解液中多余的水和HF并且无不良反应产生，另外该类添加剂还可以在锂离子电池负极表面还原成膜，另外，噁唑烷酮基团在电池正极表面会发生聚合反应，形成致密的SEI膜，可以保护正极材料结构和防止金属离子的溶出，会进一步改善电池的常温循环及高温存储性能，提高电池的使用寿命。
具体实施方式
在下述实施例、对比例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊说明，均可从市场上购得。
实施例1：
正极片的制备：将正极活性材料镍钴锰酸锂(LiNi0.6Mn0.2Co0.2)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)、导电剂乙炔黑Super-P按照质量比96:2:2混合，加入N-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机中搅拌至稳定均一状，获得正极浆料。将正极浆料均匀涂覆在厚度为12um的铝箔，再将涂浆后的铝箔在120℃的鼓风烘箱中烘干，然后经过冷压、分切得到正极片。
负极片制备：将负极活性材料天然石墨材料、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、导电剂乙炔黑Super-P按照质量比94:3:2:1混合，加入去离子水，在真空搅拌机中搅拌至稳定均一状，获得负极浆料。将负极浆料均匀涂覆在厚度为8um的铜箔，再将涂浆后的铜箔在120℃的鼓风烘箱中烘干，然后经过冷压、分切得到负极片。
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的0.1％。
锂离子电池的制备：将正极片、锂电池隔膜、负极片按顺序叠放，使锂电池隔膜处于正、负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装箔中，将上述制备好的电解液注入到真空干燥后的电池中，经过真空封装、静置、化成、排气、封装等工序，制得锂离子电池。
锂离子电池循环性能的测试：在25℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.25V，然后恒压充电至电流为0.05C，搁置5分钟，再用0.5C恒流放电至2.8V，此时为首次循环，按照上述循环条件分别进行100次、300次循环充电/放电，分别计算得出电池循环100次、300次循环后的容量保持率，其中，循环后的容量保持率按照下式进行计算。循环后的容量保持率＝(对应循环次数后的放电容量/首次循环的放电容量)×100％。各个电池中所得到的相关循环性能测试数据参见表2。
锂离子电池的高温存储性能测试：在25℃下以0.5C电流恒流充电至4.25V，再以4.25V恒压充电至电流为0.05C，使其处于4.25V满充状态，然后将电池放在60℃的恒温箱中存储30天，同时测试电池在高温存储前后的容量和体积变化。锂离子电池高温存储后的容量恢复率(％)＝锂离子电池高温存储后的容量/锂离子电池高温存储前的容量×100％。锂离子电池高温存储后的体积变化率(％)＝(锂离子电池高温存储后的体积-锂离子电池高温存储前的体积)/锂离子电池高温存储前的体积×100％。结果示于表2中。
锂离子电池的功率性能测试：通过在25℃下检测锂离子电池在50％SOC下的直流内阻(DCIR)来表征锂离子电池的功率性能，其中SOC表示荷电状态。将锂离子电池在25℃下以0.5C恒流充电至4.25V，恒压充电至电流为0.05C，搁置5分钟，以0.5C恒流放电至2.8V，记录锂离子电池的放电容量，并以该放电容量记为100％SOC，将锂离子电池荷电状态以0.5C调整至所需的50％SOC。调整完成后，在2.5C的电流下持续放电20s，计算DCIR，DCIR＝(放电前电压-放电终止时电压)/放电电流，结果示于表2中。
实施例2：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮的占电解液总质量的比例达到0.3％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的0.3％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例3：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮的占电解液总质量的比例达到0.5％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的0.5％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例4：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮的占电解液总质量的比例达到0.8％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的0.8％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例5：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮的占电解液总质量的比例达到1.0％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的1.0％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例6：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮的占电解液总质量的比例达到2.0％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的2.0％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例7：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮的占电解液总质量的比例达到5.0％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的5.0％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例8：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮的占电解液总质量的比例达到10.0％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的10.0％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例9：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂换成了3-三乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液总质量的比例为0.5％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的0.5％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
实施例10：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂换成了3-三苯基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液总质量的比例为0.5％)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为3-三苯基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，占电解液的总重量的0.5％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
对比例1：(与实施例1方案相比主要区别是未添加添加剂)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。不加添加剂。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
对比例2：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂为占电解液的总重量0.5％的氟代碳酸乙烯酯)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为FEC(氟代碳酸乙烯酯)，占电解液的总重量的0.5％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
对比例3：(与实施例1方案相比主要区别是添加剂为占电解液的总重量1.0％的氟代碳酸乙烯酯)
电解液的制备：有机溶剂为含有碳酸乙烯酯(简称为EC)、碳酸甲乙酯(简称为EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液，其中EC/EMC/DEC的重量比1:2:1。锂盐为LiPF6，LiPF6的含量为电解液总重量的12.5％。添加剂为FEC(氟代碳酸乙烯酯)，占电解液的总重量的1.0％。
正极极片制备、负极极片制备、锂离子电池的制备、锂离子电池循环性能的测试、锂离子电池的高温存储性能测试、锂离子电池的功率性能测试与实施例1相同。测试数据结果记录在表2中。
表1实施例1-10以及对比例1-3添加剂加入量
表2实施例1-10以及对比例1-3性能测试结果
根据表2所示的结果：与对比例1-3相比，实施例2-5,9,10的锂离子电池在进行100和300个循环后，容量保持率有明显的改善，60℃存储的体积膨胀率也有所降低，容量恢复率显著提高。
在对比例1中，不使用添加剂时，电池的循环容量保持率最低，60℃存储的体积膨胀率较高，容量恢复率最低，原因在于没有添加剂在负极还原成膜，电池性能较差。
在对比例2-3中，使用FEC添加剂时，会对锂离子电池的性能有着较大的改善，但会增大60℃存储的体积膨胀率，并且FEC的量继续增大后，反而对电池性能有着负面的影响。这一现象的原因在于FEC在负极还原成膜，可以提高SEI的稳定性，从而改善电池的性能，但是加入FEC过多时，会增大电池的极化，导致电池性能恶化，另外由于FEC无法去除电解液中多余的水和HF，并且自身发生分解反应，导致电池在高温储存过程中产气严重。
和实施例1-3中，在3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮加入时，电池的常温循环性能和高温存储性能均有较大幅度的改善，DCIR也有显著降低，并且随着3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮浓度的增大，电池性能越佳。这一现象原因在于3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮在正负极成膜，形成SEI，改善电池的性能，并且加入的量越多，形成的SEI越致密稳定，该SEI膜可极大改善电池的常温循环及高温存储性能，另外由于3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮可以去除电解液中多余的水和HF，高温存储后，电池产气也大大减少。
在实施例4-8中，将3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮加入的量增大，电池的常温循环和高温存储性能较实施例3变差，DCIR增大。推测原因是3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮浓度太高时，所形成的膜可能太厚，会增大电池的阻抗，导致常温循环和高温存储性能变差，另外自身会发生分解，导致高温储存过程中产气量也增大。
在实施例9-10中，采用3-三乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮和3-三苯基甲硅烷基-2-噁唑烷酮替代3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，电池性能也得到较大改善，虽不如加入3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮时那么显著，推测原因是3-三乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮和3-三苯基甲硅烷基-2-噁唑烷酮分子较大，形成SEI和除去电解液中水和HF的效果不如3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂至少包括一种硅烷基噁唑烷酮类化合物；
所述含硅烷基噁唑烷酮类化合物的分子结构通式为：
通式中，R1，R2，R3为碳原子数为1-7的烷烃基或烷烃基衍生物中的一种或几种；所述硅烷基噁唑烷酮类化合物占电解液总重量的0.01％-10％。
2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述烷烃基衍生物包括卤代物，氰基取代物、羧基取代物和磺酸基取代物中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述硅烷基噁唑烷酮类化合物为3-三甲基甲硅烷基-2-噁唑烷酮、3-三乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮、3-三丙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮、3-一甲基二乙基甲硅烷基-2-噁唑烷酮，3-三苯基甲硅烷基-2-噁唑烷酮和上述化合物衍生物中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺酸内脂(1,3-PS)，1,4-丁烷磺酸内脂(1,4-BS)，1，3-丙烯磺酸内酯(PES)，硫酸乙烯酯(DTD)，硫酸丙烯酯(TS)，三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)，三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)，二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)，LiBF4，LiFSI和LiPO2F2中的一种或多种；所述添加剂占电解液总重量的0.01％-30％；所述硅烷基噁唑烷酮类化合物占电解液总重量的0.01％-2％。
5.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6，LiBF4，LiN(SO2F)2，LiClO4，LiAsF6，LiB(C2O4)2，LiBF2C2O4，LiN(SO2RF)2和LiN(SO2F)(SO2RF)中的一种或几种；所述LiN(SO2RF)2,LiN(SO2F)(SO2RF)中，RF为CnF2n+1，n＝1-10；所述锂盐占电解液总重量的6.25-25％。
6.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸戊烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、1,4-丁内酯，丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯和丁酸乙酯中的一种或多种。
7.一种锂离子电池，包括正极、负极和隔膜，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的电解液。
8.如权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述正极片包括正极集流体和位于正极集流体上的正极活性浆料层；所述正极活性浆料层包括正极活性材料；所述的活性材料选自钴酸锂LiCoO2，LiNixAyB(1-x-y)O2，LiMPO4和Li1-x’Qy’Lz’C(1-y’-z’)O2中的一种或几种；所述LiNixAyB(1-x-y)O2中，A、B分别选自Co、Al、Mn中的一种，且A和B不同，0<x<1,0<y<1且x+y<1；所述LiMPO4具有橄榄石型结构，M选自Co、Ni、Fe、Mn、V中的一种或几种；所述Li1-x’Qy’Lz’C(1-y’-z’)O2中，0<x’<1，0<y’<1，0<z’<1，且y’+z’<1，Q、L、C分别选自Co、Ni、Fe、Mn中的一种，且Q、L、C各不相同。
9.如权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性浆料层；所述负极活性浆料层包括负极活性材料；所述负极活性材料可以选自金属锂、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳，硅、硅碳复合物、Li-Sn合金，Li-Sn-O合金，Sn，SnO、SnO2尖晶石结构的锂化TiO2-Li4Ti5O12和Li-Al合金中的一种或几种。
10.如权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述隔膜包括聚烯烃基膜、无机粒子涂覆隔膜、芳纶涂覆隔膜和无极粒子-PVDF混合涂层隔膜中一种或几种为主体组成的复合物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110470919.7A CN113363576A (zh) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110470919.7A CN113363576A (zh) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113363576A true CN113363576A (zh) | 2021-09-07 |
Family
ID=77525658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110470919.7A Pending CN113363576A (zh) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113363576A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1610161A (zh) * | 2003-10-22 | 2005-04-27 | 三星Sdi株式会社 | 有机电解溶液和使用该有机电解溶液的锂电池 |
| US20060269846A1 (en) * | 2005-05-26 | 2006-11-30 | Ferro Corporation | Nonaqueous electrolytic solution for electrochemicals cells |
| CN101911349A (zh) * | 2007-10-30 | 2010-12-08 | 住友化学株式会社 | 非水电解质二次电池、电极和碳材料 |
| KR20120045464A (ko) * | 2010-10-29 | 2012-05-09 | 삼성전자주식회사 | 비수계 전해질 및 이를 포함하는 리튬 공기 전지 |
| CN103490092A (zh) * | 2007-10-12 | 2014-01-01 | 株式会社Lg化学 | 用于防止胶卷式电极组件变形的制备方法 |
| KR20200095190A (ko) * | 2019-01-31 | 2020-08-10 | 동우 화인켐 주식회사 | 전해액 조성물 및 이를 이용한 이차전지 |
| CN111710911A (zh) * | 2020-07-04 | 2020-09-25 | 湖南大学 | 一种电解液及锂离子电池 |
-
2021
- 2021-04-29 CN CN202110470919.7A patent/CN113363576A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1610161A (zh) * | 2003-10-22 | 2005-04-27 | 三星Sdi株式会社 | 有机电解溶液和使用该有机电解溶液的锂电池 |
| US20060269846A1 (en) * | 2005-05-26 | 2006-11-30 | Ferro Corporation | Nonaqueous electrolytic solution for electrochemicals cells |
| CN103490092A (zh) * | 2007-10-12 | 2014-01-01 | 株式会社Lg化学 | 用于防止胶卷式电极组件变形的制备方法 |
| CN101911349A (zh) * | 2007-10-30 | 2010-12-08 | 住友化学株式会社 | 非水电解质二次电池、电极和碳材料 |
| KR20120045464A (ko) * | 2010-10-29 | 2012-05-09 | 삼성전자주식회사 | 비수계 전해질 및 이를 포함하는 리튬 공기 전지 |
| KR20200095190A (ko) * | 2019-01-31 | 2020-08-10 | 동우 화인켐 주식회사 | 전해액 조성물 및 이를 이용한 이차전지 |
| CN111710911A (zh) * | 2020-07-04 | 2020-09-25 | 湖南大学 | 一种电解液及锂离子电池 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| KOEUN KIM,DAEYEON HWANG,SAEHUN KIM,SUNG O PARK AND ETAL: "Cyclic Aminosilane-Based Additive Ensuring Stable Electrode–Electrolyte Interfaces in Li-Ion Batteries", 《ADV. ENERGY MATER》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109216759B (zh) | 一种锂离子电池电解液以及锂离子电池 | |
| CN109390631B (zh) | 一种高镍三元正极材料电解液 | |
| CN110752406B (zh) | 电解液及其应用 | |
| CN111525190B (zh) | 电解液及锂离子电池 | |
| CN110797575A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池 | |
| CN113764737B (zh) | 添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN111710911B (zh) | 一种电解液及锂离子电池 | |
| CN110783628A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池 | |
| CN113363581A (zh) | 非水电解液及其二次电池 | |
| JP2023527836A (ja) | リチウムイオン二次電池の電解液及びその使用 | |
| CN114552007A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池 | |
| WO2022213668A1 (zh) | 电解液添加剂和含有该添加剂的非水电解液及锂离子电池 | |
| CN114512721A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 | |
| CN112072179A (zh) | 电解液及锂离子电池和车辆 | |
| CN114883648B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池 | |
| CN114156541B (zh) | 电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN115207472A (zh) | 一种电解液、制备方法及包含其的锂离子电池 | |
| CN111952667B (zh) | 一种电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN111370764B (zh) | 非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池 | |
| CN114464889A (zh) | 一种高电压锂离子电池用非水电解液及其锂离子电池 | |
| CN110416609B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池 | |
| CN113451650A (zh) | 一种锂电池用电解液及锂离子电池 | |
| CN113363576A (zh) | 一种含硅烷基噁唑烷酮类锂离子电池电解液和电池 | |
| CN113851720B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及其应用 | |
| CN113851714B (zh) | 一种电解液及其应用 |
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 | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20211111 Address after: 311215 No. 855, Jianshe Second Road, economic and Technological Development Zone, Xiaoshan District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant after: Wanxiang A123 Co.,Ltd. Address before: 311215 No. 855, Jianshe Second Road, Xiaoshan Economic and Technological Development Zone, Xiaoshan District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant before: Wanxiang A123 Co.,Ltd. Applicant before: WANXIANG GROUP Co.,Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210907 |