CN113488696B - 一种圆柱锂离子电池高浸润性电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种圆柱锂离子电池高浸润性电解液，包括浸润性添加剂，所述浸润性添加剂为非电化学活性的全卤代酰胺聚氧乙烯酯。本发明所述的电解液中添加了非电化学活性的浸润性添加剂全卤代酰胺聚氧乙烯酯，该添加剂能够显著降低电解液的表面能，提高电极极片与隔膜对电解液的吸液速率，使电解液能够快速的在圆柱电芯的内、外部形成一个均匀的分布的状态。同时，该添加剂具有提高锂盐解离度的能力，从而提升电解液的电导率，改善电芯的动力学性能。另外，该添加剂不具有电化学活性，在电芯中可以稳定存在，保持电解液的高浸润性。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，尤其是涉及一种圆柱锂离子电池高浸润性电解液。
背景技术
圆柱锂离子电池，现代化流水作业水平高，在人们的生活应用广泛，小到移动电源，电动工具，大到电动汽车。
圆柱电池根据尺寸分类，如常规的18650,21700,4680等型号。固定的尺寸决定了单体电芯能量密度的提升需要从材料体系进行设计，高容量高压实密度的正、负极片的使用是目前提升电芯能量密度的最有效途径。但是高压实密度极片会导致圆柱电芯在注液时对电解液的吸液缓慢，特别是电芯内部的极片由于电解液由卷芯外部到内部逐渐浸润导致电解液分布不均匀，由此导致电芯制作完成后容量低，电阻大、寿命短等一系列问题。
目前解决圆柱锂离子电池浸润性差的问题多以使用氟代苯类添加剂的方法。而氟代苯类添加剂，通过降低电解液的表面张力提升浸润性，但使用量较高时会降低电解液的电导率，劣化电芯动力学性能，若加入量较少，则对电解液的浸润性无提升作用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种圆柱锂离子电池高浸润性电解液，以提升浸润性的同时，提高电解液的电导率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种圆柱锂离子电池高浸润性电解液，包括浸润性添加剂，所述浸润性添加剂为非电化学活性的全卤代酰胺聚氧乙烯酯。
优选的，所述浸润性添加剂的结构式为
其中，R1、R2为全卤代烷基，n为范围为1-50。
优选的，R1、R2的碳原子数为1-10，R1、R2中的碳原子数及取代的卤元素数相同或不相同。
优选的，所述浸润性添加剂在所述电解液中的质量百分数为0.01％-5％。
优选的，还包括锂盐；
优选的，所述锂盐在所述电解液中的质量百分数为10％-20％；
优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。
优选的，还包括有机溶剂；
优选的，所述有机溶剂在所述电解液中的质量百分数为50％-90％；
优选的，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少两种。
优选的，还包括其他添加剂；
优选的，所述其他添加剂在所述电解液中的质量百分数为0.1％-10％；
优选的，所述其他添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、二氟磷酸锂中的至少一种。
本发明的另一目的在于提出一种圆柱锂离子电池，以提升圆柱电芯的电化学性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种圆柱锂离子电池，包括如上所述的电解液，还包括正极、负极、隔膜。
优选的，所述正极的材质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的至少一种。
优选的，所述负极的材质为石墨、硅碳复合材料中的至少一种。
相对于现有技术，本发明所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液具有以下优势：
(1)本发明所述的电解液加入了浸润性添加剂，能够显著降低电解液的表面能，提高电极极片与隔膜对电解液的吸液速率，使电解液能够快速的在圆柱电芯的内、外部形成一个均匀的分布的状态；
(2)本发明所述的电解液中的浸润性添加剂具有提高锂盐解离度的能力，从而提升电解液的电导率，降低电池阻抗，改善电芯的动力学性能；
(3)本发明所述的电解液中的浸润性添加剂不具有电化学活性，在电芯中可以稳定存在，保持电解液的高浸润性。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
本实施例中的电解液以质量百分比为15％的LiPF6作为锂盐，有机溶剂中各组分的质量百分比为EC:EMC:DMC＝2:1:7，添加剂中各组分的质量百分比为2％VC、1％FEC与1％LiPO2F2，以及2％全卤代酰胺聚氧乙烯酯添加剂C3F7CONH(CH2CH2O)20COC3F7。
本实施例的圆柱锂离子电池，正极为NCA，负极为石墨，注入本实施例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
实施例2
本实施例中的电解液以质量百分比为15％的LiPF6作为锂盐,有机溶剂中各组分的质量百分比EC:EMC:DMC＝2:2:6，添加剂中各组分的质量百分比为2％VC与1％LiPO2F2，以及2.5％全卤代酰胺聚氧乙烯酯添加剂C5F11CONH(CH2CH2O)25COC4F9。
本实施例的圆柱锂离子电池，正极为NCM712，负极为石墨，注入本实施例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
实施例3
本实施例中的电解液以质量百分比为3％的LiFSI与12％的LiPF6作为锂盐，有机溶剂中各组分的质量百分比EC:EMC:DMC＝3:2:5，添加剂中各组分的质量百分比为2％VC、0.5％PS与1％LiPO2F2，以及3％全卤代酰胺聚氧乙烯酯添加剂C2F5CONH(CH2CH2O)23COC2F5。
本实施例的圆柱锂离子电池，正极为NCM811，负极为石墨，注入本实施例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
实施例4
本实施例中的电解液以质量百分比为2％的LiTFSI与13％的LiPF6作为锂盐，有机溶剂中各组分的质量百分比EC:EMC:DMC:DEC＝2:1:6:1，添加剂中各组分的质量百分比为1.5％VC与2％FEC，以及4％全卤代酰胺聚氧乙烯酯添加剂C7F15CONH(CH2CH2O)40COC5F11。
本实施例的圆柱锂离子电池，正极为NCM811，负极为硅碳，注入本实施例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
对比例1
本对比例中的电解液以质量百分比为15％的LiPF6作为锂盐，有机溶剂中各组分的质量百分比为EC:EMC:DMC＝2:1:7，添加剂中各组分的质量百分比为2％VC、1％FEC与1％LiPO2F2。
本对比例的圆柱锂离子电池，正极为NCA，负极为石墨，注入本对比例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
对比例2
本对比例中的电解液以质量百分比为15％的LiPF6作为锂盐,有机溶剂中各组分的质量百分比为EC:EMC:DMC＝2:2:6，添加剂中各组分的质量百分比为2％VC与1％LiPO2F2。
本对比例的圆柱锂离子电池，正极为NCM712，负极为石墨，注入本对比例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
对比例3
本对比例中的电解液以质量百分比为3％的LiFSI与12％的LiPF6作为锂盐，有机溶剂中各组分的质量百分比为EC:EMC:DMC＝3:2:5，添加剂中各组分的质量百分比为2％VC、0.5％PS与1％LiPO2F2。
本对比例的圆柱锂离子电池，正极为NCM811，负极为石墨，注入本对比例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
对比例4
本对比例中的电解液以质量百分比为2％的LiTFSI与13％的LiPF6作为锂盐，有机溶剂中各组分的质量百分比为EC:EMC:DMC:DEC＝2:1:6:1，添加剂中各组分的质量百分比为1.5％VC与2％FEC。
本对比例的圆柱锂离子电池，正极为NCM811，负极为硅碳，注入本对比例电解液，制得21700型圆柱锂离子电池。
实施例1-4与对比例1-4的电解液及圆柱锂离子电池的性能测试：
1、电解液表面张力
将上述实施例1-4和对比例1-4制作的圆柱锂离子电池电解液，使用全自动表面张力测试仪在温度25±2℃的环境下测试，测试结果如下表1所示：
表1实施例1-4和对比例1-4的圆柱锂离子电池电解液表面张力
由表1中数据可以看出，相比较对比例1-4电解液，实施例1-4电解液使用非电化学活性的浸润性添加剂全卤代酰胺聚氧乙烯酯后，有效降低了电解液的表面张力，从而可有效提高电极极片与隔膜对电解液的吸液速率，加快电解液在圆柱电芯的内、外部形成一个均匀的分布状态。
2、电解液的电导率
将上述实施例1-4和对比例1-4制作的圆柱锂离子电池电解液，在25±2℃环境下，采用电导率仪测试电导率，测试结果如下表2所示:
表2实施例1-4和对比例1-4的圆柱锂离子电池电解液的电导率
由表2中数据可以看出，相比较对比例1-4电解液，实施例1-4电解液使用非电化学活性的浸润性添加剂全卤代酰胺聚氧乙烯酯后，电解液的电导率提升了0.3-0.5mS/cm，从而提高电芯的动力学性能。
3、圆柱锂离子电池DCR
将上述实施例1-4和对比例1-4电解液制作成21700型圆柱锂离子电池，测试DCR，测试结果如下表3所示:
表3实施例1-4和对比例1-4电解液制作的21700型圆柱锂离子电池DCR
由表3中数据可以看出，相比较对比例1-4电解液制作的圆柱锂离子电池，实施例1-4电解液制作的圆柱锂离子电池使用非电化学活性的浸润性添加剂全卤代酰胺聚氧乙烯酯后，电池的DCR降低1.6-1.8mΩ，5％-6％，从而提高电池的动力学性能。
4、圆柱锂离子电池倍率放电性能
将上述实施例1-4和对比例1-4电解液制作成21700型圆柱锂离子电池，25℃，1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流0.05C；再1C恒流放电至2.75V，得到1C放电容量；再用1C恒流恒压充电至4.2V，截止电流0.05C，然后将电池分别以2C/3C的电流恒流放电至2.75V，得到放电容量。倍率放电容量保持率的计算公式如下：
倍率放电容量保持率(％)＝2C/3C放电容量/1C放电容量×100％。
实施例1-4和对比例1-4的电解液制作的圆柱锂离子电池的倍率放电测试结果如下表4所示：
表4实施例1-4和对比例1-4电解液制作的圆柱锂离子电池倍率放电性能
由表4中数据可以看出，相比较对比例1-4电解液制作的圆柱锂离子电池，实施例1-4电解液制作的圆柱锂离子电池使用非电化学活性的浸润性添加剂全卤代酰胺聚氧乙烯酯后，电池的倍率放电保持率提升了1.5％-2％，可见添加剂全卤代酰胺聚氧乙烯酯，提高了电解液的浸润性与电导率，从而降低了电芯的DCR并提高了倍率放电性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：包括浸润性添加剂，所述浸润性添加剂为非电化学活性的全卤代酰胺聚氧乙烯酯，
所述浸润性添加剂的结构式为 
，
其中，R1、R2为全卤代烷基，n为范围为1-50，
R1、R2的碳原子数为1-10，R1、R2中的碳原子数及取代的卤元素数相同或不相同，
所述浸润性添加剂在所述电解液中的质量百分数为0.01%-5%。
2.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：还包括锂盐。
3.根据权利要求2所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：所述锂盐在所述电解液中的质量百分数为10%-20%。
4.根据权利要求2所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：还包括有机溶剂。
6.根据权利要求5所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：所述有机溶剂在所述电解液中的质量百分数为50%-90%。
7.根据权利要求5所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少两种。
8.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：还包括其他添加剂。
9.根据权利要求8所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：所述其他添加剂在所述电解液中的质量百分数为0.1%-10%。
10.根据权利要求8所述的圆柱锂离子电池高浸润性电解液，其特征在于：所述其他添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、二氟磷酸锂中的至少一种。
11.一种圆柱锂离子电池，包括如权利要求1-10任一所述的电解液，其特征在于：包括正极、负极、隔膜。
12.根据权利要求11所述的圆柱锂离子电池，其特征在于：所述正极的材质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的至少一种。
13.根据权利要求11所述的圆柱锂离子电池，其特征在于：所述负极的材质为石墨、硅碳复合材料中的至少一种。
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