CN113764728A - 电解液以及锂金属电池 - Google Patents
电解液以及锂金属电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113764728A CN113764728A CN202010484923.4A CN202010484923A CN113764728A CN 113764728 A CN113764728 A CN 113764728A CN 202010484923 A CN202010484923 A CN 202010484923A CN 113764728 A CN113764728 A CN 113764728A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyte
- ether
- additive
- lithium
- lithium metal
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 125000003709 fluoroalkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 9
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims abstract description 5
- 125000000026 trimethylsilyl group Chemical group [H]C([H])([H])[Si]([*])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 claims abstract description 5
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 claims description 9
- OXMIDRBAFOEOQT-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethyloxolane Chemical compound CC1CCC(C)O1 OXMIDRBAFOEOQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004210 ether based solvent Substances 0.000 claims description 3
- JCSRVIQQOQNBKC-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2-tetrafluoro-3-(2,2,3,3-tetrafluoropropoxy)propane Chemical compound FC(F)C(F)(F)COCC(F)(F)C(F)F JCSRVIQQOQNBKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LEEANUDEDHYDTG-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethoxypropane Chemical compound COCC(C)OC LEEANUDEDHYDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UUAMLBIYJDPGFU-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethoxypropane Chemical compound COCCCOC UUAMLBIYJDPGFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NKDDWNXOKDWJAK-UHFFFAOYSA-N dimethoxymethane Chemical compound COCOC NKDDWNXOKDWJAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KGPPDNUWZNWPSI-UHFFFAOYSA-N flurotyl Chemical compound FC(F)(F)COCC(F)(F)F KGPPDNUWZNWPSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims 2
- 125000006337 tetrafluoro ethyl group Chemical group 0.000 claims 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 9
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 4
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- -1 perfluoro Chemical group 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013883 LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2 Inorganic materials 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 2
- ACFSQHQYDZIPRL-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(1,1,2,2,2-pentafluoroethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)C(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)F ACFSQHQYDZIPRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SAPIQCCFEBULSH-UHFFFAOYSA-M lithium;sulfamate Chemical compound [Li+].NS([O-])(=O)=O SAPIQCCFEBULSH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- CLTYNIRYQRFPNM-UHFFFAOYSA-M FNS([O-])(=O)=O.[Li+] Chemical compound FNS([O-])(=O)=O.[Li+] CLTYNIRYQRFPNM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013188 LiBOB Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010941 LiFSI Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002991 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011328 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015872 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZSKZXUDGLALTQ-UHFFFAOYSA-N [Li][C] Chemical compound [Li][C] YZSKZXUDGLALTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-N sulfamic acid Chemical class NS(O)(=O)=O IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 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
-
- 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)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及锂金属电池技术领域,公开了一种电解液以及锂金属电池。所述电解液含有醚类溶剂、锂盐和添加剂;其中,所述添加剂具有式(1)所示的结构式:其中,R1和R2各自独立地选自H和C1‑C8的氟代烷基中的一种,且不同时为H;R3为C1‑C8的烷基、C1‑C8的氟代烷基、苯基和三甲基硅基中的一种;该电解液能够有效阻止醚类电解液在正极氧化,能够起到较好的保护效果;
Description
技术领域
本发明涉及锂金属电池技术领域,具体涉及一种电解液以及锂金属电池。
背景技术
尽管锂金属负极具有极高的能量密度,但由于一直没有与之相匹配的电解液导致其锂枝晶、负极膨胀的问题一直难以解决。传统的碳酸酯电解液极易还原,且还原生成的SEI膜阻抗较大,不适合用作锂金属负极电池电解液。醚类电解液较碳酸酯耐还原,但存在正极氧化的问题,而原有用于碳酸酯中的正极成膜添加剂成膜电位比醚的氧化电位高,无法在正极形成较好的正极膜来保护正极。
因此,研究和开发一种适合于醚类电解液的正极成膜添加剂的电解液具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的醚类电解液存在正极氧化的问题,提供一种电解液以及锂金属电池,该电解液含有正极成膜添加剂,能够有效阻止醚类电解液在正极氧化,能够起到较好的保护效果。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供了一种电解液,其中,所述电解液含有醚类溶剂、锂盐和添加剂,其中,所述添加剂具有式(1)所示的结构式:
其中,R1和R2各自独立地选自H和C1-C8的氟代烷基中的一种,且不同时为H;
其中,R3为C1-C8的烷基、C1-C8的氟代烷基、苯基和三甲基硅基中的一种。
本发明第二方面提供了一种锂金属电池,所述锂金属电池含有正极片、负极片和电解液,其中,所述电解液为前述所述的电解液。
通过上述技术方案,本发明采用具有式(1)所示结构的氟代氨基取代的磺酸酯类化合物作为电解液添加剂,由于氨基的供电子作用,导致该结构磺酸酯上烷基的电子云密度比普通磺酸酯电子云密度高,导致其比现有磺酸酯的成膜电位低,同时由于氟代烷基的存在,氨基上的烷基被氟取代后不容易氧化,因此容易在C-O键处发生断裂成膜。与普通磺酸酯相比,该添加剂形成的膜的阻抗低,且能够在首次化成时在正极成膜,能够有效阻止醚类电解液在正极氧化,能够起到较好的正极保护效果,从而能够维持正极的较好的循环性能。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明的发明人在研究过程中发现:一方面,锂金属电池在循环的过程中会逐渐粉化,比表面积增大了几个数量级;而传统的碳酸酯的电解液比较易于还原,比表面积的增大会进一步加剧碳酸酯的还原,从而导致SEI膜增厚,阻抗增加、极化增大,最终导致整个电池失效;另一方面,醚类溶剂具有较好的耐还原性,克服了碳酸酯类溶剂易被还原的缺点,但是,醚类电解液中循环仍然存在体积膨胀的问题,进而严重限制了锂金属电池的体积能量密度。
基于此,本发明第一方面提供了一种电解液,其中,所述电解液含有醚类溶剂、锂盐和添加剂;其中,所述添加剂具有式(1)所示的结构式:
其中,R1和R2各自独立地选自H和C1-C8的氟代烷基中的一种,且不同时为H;
其中,R3为C1-C8的烷基、C1-C8的氟代烷基、苯基和三甲基硅基中的一种。
根据本发明,氨基具有一定给电子作用,能够降低磺酸酯的氧化电位,从而起到在醚类电解液中正极成膜的效果。优选情况下,氨基中含有氟代烷基能够提高氨基的耐氧化性,C-F键不容易氧化断裂,同时氟的吸电子能力较强,能够达到较好吸电子效果;分子量相对于Cl、Br、I取代的分子量小,对本体电解液影响小。
根据本发明,优选情况下,R1和R2均要含氟,与氨基相邻的碳上含氟越多越好。
根据本发明,磺酸酯基存在的作用是生成磺酸酯锂的膜覆盖正极表面。
在本发明中,本发明的发明人经过研究发现:该添加剂在正极能够参与成膜,即,该添加剂在较低电位下被正极氧化成膜。本发明的发明人发现,磺酸酯正极成膜电位较高,而醚类电解液的氧化电位偏低(醚类溶剂氧化电位在4.0V左右),在醚类电解液下无法起到较好的正极保护效果。而在本申请中,由于氨基的供电子作用,导致与磺酸基相连接处的碳氧键容易失去电子断裂,添加剂被脱锂的正极氧化,形成氨基磺酸锂,覆盖正极表面,增加正极表面阻抗,从而降低正极表面电势,阻止正极进一步氧化电解液;优选情况下,氟代氨基取代后,形成氟代氨基磺酸锂,能够降低其成膜电位,在醚类电解液氧化前成膜,能够起到更好的保护效果。
根据本发明,优选情况下,R1和R2各自独立地选自H和C1-C3的氟代烷基中的一种,且不同时为H。
根据本发明,优选情况下,R1和R2为C1-C3的氟代烷基。
根据本发明,优选情况下,R3为C1-C3的烷基、C1-C3的氟代烷基、苯基和三甲基硅基中的一种。
根据本发明,优选情况下,所述添加剂选自下列化合物:
根据本发明,优选情况下,R3为CH2CF3,例如,所述添加剂选自:
在本发明中,含有CH2CF3取代的添加剂的效果最好。但是,在本发明中,一方面,由于酯基上全氟取代不稳定,另一方面,由于不含氟取代基会氧化成膜电位太低,进而,影响正极的成膜效果。所以,在本发明中,更优选情况下,所述添加剂为:
根据本发明,所述电解液中,所述添加剂的用量为所述醚类溶剂的0.1-5重量%,优选为1-2重量%。在本发明中,将所述添加剂的含量限定为前述所述范围之内,优点是能够起到保护正极的作用,同时不影响电池的循环。如果所述正极成膜添加剂的含量过高,则正极成膜较厚,使得正极阻抗增加,电池循环变差;如果所述正极成膜添加剂的含量过低,使得达不到更好保护正极的作用。
根据本发明,所述醚类溶剂为C4-C8的醚和/或氟代醚;优选地,所述醚选自二甲氧基乙烷,1,3-二甲氧基丙烷,1,4-二氧六环,1,2-二甲氧基丙烷,2-甲基四氢呋喃,2,5-二甲基四氢呋喃,二甲氧基甲烷,二乙二醇二甲醚和三乙二醇二甲醚中的一种或多种;更优选地,所述氟代醚选自双(2,2,2三氟乙基)醚,1,1,2,2四氟乙基和2,2,3,3四氟丙基醚中的一种或多种。
根据本发明,优选情况下,所述醚类溶剂为C4-C8的醚和氟代醚;且以所述醚类溶剂的总重量为基准,所述醚的含量为20-80重量%,所述氟代醚的含量为20-80重量%;更优选情况下,以所述醚类溶剂的总重量为基准,所述醚的含量为40-50重量%,所述氟代醚的含量为50-60重量%。
在本发明中,选择醚类溶剂,优点是耐还原性好,对锂负极具有较高的效率和较好的循环性能。
根据本发明,所述锂盐选自双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、双氟磺酰亚胺锂LiFSI、双五氟乙基磺酰亚胺锂LiBETI、高氯酸锂LiClO4、二氟草酸硼酸锂LiODFB、双草酸硼酸锂LiBOB和六氟磷酸锂LiPF6中的一种或多种;优选地,所述锂盐选自双氟磺酰亚胺锂和/或双三氟甲基磺酰亚胺锂。
根据,所述锂盐以Li计的浓度为1-10mol/L,优选为4-6mol/L,更优选为5-6mol/L。
本发明第二方面提供了一种锂金属电池,所述锂金属电池含有正极片、负极片和电解液,其中,所述电解液为前述所述的电解液。
根据本发明,所述负极片中的负电极材料选自金属锂、锂合金和锂碳复合材料中的一种或多种。
在本发明中,所述负极片为在铜为基体的集流体上压制锂箔,经过分切得到的。其中,铜基体的厚度为6-20μm,优选为17μm;锂箔的厚度为20-100μm,优选为50μm。
根据本发明,所述正极片中的正电极材料选自LiFePO4、LiCoO2、LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中的一种或多种。
在本发明中,将正电极材料,导电剂(乙炔黑)和粘结剂(聚偏氟乙烯)按重量比(95-100):(3-5):2混合均匀加入正极溶剂N-甲基吡咯烷酮,搅拌成均一正极浆料,涂布于12μm的铝箔上,并将其转移到80-100℃烘箱中干燥24-36h,经辊轧分切制备得到正极片。
根据本发明,隔膜为12μmPE隔膜,分切成所需尺寸。
根据本发明,用上述制备得到的正极片、负极片与PE隔膜组装成软包叠片电池。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中:
(1)软包电池循环性能测试
将实验软包电池在25℃的温度下以10mA恒流充电到4.2V,然后以10mA恒流放电至2.7V;再以50mA电流充电至4.2V,恒压至电流为10mA,然后以50mA放电至2.7V,以此作为一个循环;记录首次充电容量和放电容量,并计算首次库仑效率(%);如此反复充放电循环200次后,记录第200次循环的放电容量,计算:
循环后容量保持率(%)=循环200次的放电容量/首次放电容量×100%。
实施例1
本实施例在于说明本发明制备的电解液以及锂金属电池。
(1)非水电解液的制备:
在水含量<2ppm的氩气手套箱中,将干燥的锂盐溶解于干燥后醚类溶剂中,其中,所述正极成膜添加剂的结构如表1所示,电解液中各组分以及组分的含量如表2所示,各组分的含量为相对于所述醚类溶剂的总重量的重量百分数;
(2)锂离子电池的制备:
将LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2、乙炔黑、聚偏氟乙烯按重量比95:3:2混合均匀加入正极溶剂N-甲基吡咯烷酮,搅拌成均一正极浆料,涂布于12μm的铝箔上,并将其转移到80℃烘箱中干燥24h,经辊轧分切制备得到正极片;
负极片采用铜为基体的压制锂箔,铜作厚度为17μm,锂厚度为50μm,经过分切得到负极片。
隔膜为12μmPE隔膜,分切成所需尺寸。
用上述制备得到的正极片、负极片与PE隔膜组装成软包叠片电池在电流密度为1.0mA/cm2,电压为2.7V到4.2V之间进行充放电循环测试,结果如表3各种电解液下LiNi0.3Co0.3Mn0.3/Li库伦效率及容量保留率所示。
实施例2-11
本实施例在于说明本发明制备的电解液以及锂金属电池。
按照与实施例1相同的方法制备电解液以及锂金属电池,所不同之处在于:所述正极成膜添加剂的结构如表1所示,电解液中各组分以及组分的含量如表2所示,以及对所制备的锂金属电池的测试如表3所示。
对比例1-4
按照与实施例1相同的方法制备电解液以及锂金属电池,所不同之处在于:所述正极成膜添加剂的结构如表1所示,电解液中各组分以及组分的含量如表2所示,以及对所制备的锂金属电池的测试如表3所示。
表1
表2
注:*锂盐
**添加剂为表1中化合物
表3
通过表3的结果可以看出,
首次充电容量的值说明了电池的一致性较好;
首次库仑效率说明了加入成膜添加剂正极成膜后明显提高首次库伦效率,而不加添加剂的电解液氧化导致效率偏低;
200次容量保持率说明了加入成膜添加剂后能够在正极成膜,明显改善循环容量保留率;
200次循环的前后阻抗说明了加入成膜添加剂能够首次在正极成膜,阻止电解液持续氧化,从而200次循环后电池的阻抗较小,不加添加剂电解液持续氧化,阻抗较大。
因此,通过对比,能够说明:采用本申请实施例1-10制备的所述结构的氟代氨基磺酸酯类物质能够降低电池循环后的阻抗,显著提升醚类电解液在高电压下的循环性能。而实施例11虽然采用的也是本发明所限定的添加剂,但是,由于所述电解液中,所采用的添加剂的用量不在本发明的效果之内,结果效果不好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的电解液,其中,R1和R2各自独立地选自H和C1-C3的氟代烷基中的一种,且不同时为H。
3.根据权利要求2所述的电解液,其中,R1和R2为C1-C3的氟代烷基。
6.根据权利要求1所述的电解液,其中,所述电解液中,所述添加剂的用量为所述醚类溶剂的0.1-5重量%,优选为1-2重量%。
7.根据权利要求1或6所述的电解液,其中,所述醚类溶剂为C4-C8的醚和/或氟代醚;
优选地,所述醚选自二甲氧基乙烷、1,3-二甲氧基丙烷、1,4-二氧六环,1,2-二甲氧基丙烷、2-甲基四氢呋喃、2,5-二甲基四氢呋喃、二甲氧基甲烷、二乙二醇二甲醚和三乙二醇二甲醚中的一种或多种;
优选地,所述氟代醚选自双(2,2,2三氟乙基)醚、1,1,2,2四氟乙基和2,2,3,3四氟丙基醚中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的电解液,其中,所述醚类溶剂为C4-C8的醚和氟代醚;
优选地,以所述醚类溶剂的总重量为基准,所述醚的含量为20-80重量%,所述氟代醚的含量为20-80重量%。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的电解液,其中,所述锂盐以Li计的浓度为1-10mol/L,优选为4-6mol/L。
10.一种锂金属电池,所述锂金属电池含有正极片、负极片和电解液,其特征在于,所述电解液为权利要求1-9中任意一项所述的电解液。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010484923.4A CN113764728B (zh) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 电解液以及锂金属电池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010484923.4A CN113764728B (zh) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 电解液以及锂金属电池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113764728A true CN113764728A (zh) | 2021-12-07 |
CN113764728B CN113764728B (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=78782602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010484923.4A Active CN113764728B (zh) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 电解液以及锂金属电池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113764728B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023241138A1 (zh) * | 2022-06-16 | 2023-12-21 | 中国科学技术大学 | 醚类电解液及其在电池中的应用 |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2038334A (en) * | 1978-12-28 | 1980-07-23 | Hokko Chem Ind Co | O-Sulfamoylglycolic acid amide derivatives |
JP2004259697A (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Mitsubishi Chemicals Corp | 非水系電解液およびリチウム二次電池 |
CN1860638A (zh) * | 2003-08-26 | 2006-11-08 | 独立行政法人宇宙航空研究开发机构 | 不燃性非水电解质溶液及使用该电解质溶液的锂离子电池 |
CN105098237A (zh) * | 2014-05-20 | 2015-11-25 | 浙江省化工研究院有限公司 | 一种高电压电解液添加剂及其应用 |
CN105140561A (zh) * | 2015-07-08 | 2015-12-09 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 |
CN105449283A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-30 | 中南大学 | 一种高电压锂离子电池用电解液 |
JP2016186915A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 三菱化学株式会社 | 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池 |
CN106169610A (zh) * | 2015-05-20 | 2016-11-30 | 三星电子株式会社 | 锂金属电池和用于锂金属电池的电解质 |
CN106920991A (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-04 | 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 | 一种提高浸润性的锂电池电解液及锂电池 |
JP2017183067A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 住友精化株式会社 | 非水電解液用添加剤、非水電解液および蓄電デバイス |
CN108878980A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-11-23 | 浙江长兴中俄新能源材料技术研究院有限公司 | 长寿命锂离子动力电池用功能型电解液及其制备方法 |
CN109148960A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-04 | 杉杉新材料(衢州)有限公司 | 一种锂离子电池用非水电解液及使用该电解液的锂离子电池 |
CN110637008A (zh) * | 2017-05-15 | 2019-12-31 | 柯尼卡美能达株式会社 | 乙烯基砜化合物、锂离子电池用电解液及锂离子电池 |
CN110911754A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-24 | 江西壹金新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池电解液及其制备方法 |
-
2020
- 2020-06-01 CN CN202010484923.4A patent/CN113764728B/zh active Active
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2038334A (en) * | 1978-12-28 | 1980-07-23 | Hokko Chem Ind Co | O-Sulfamoylglycolic acid amide derivatives |
JP2004259697A (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Mitsubishi Chemicals Corp | 非水系電解液およびリチウム二次電池 |
CN1860638A (zh) * | 2003-08-26 | 2006-11-08 | 独立行政法人宇宙航空研究开发机构 | 不燃性非水电解质溶液及使用该电解质溶液的锂离子电池 |
CN105098237A (zh) * | 2014-05-20 | 2015-11-25 | 浙江省化工研究院有限公司 | 一种高电压电解液添加剂及其应用 |
JP2016186915A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 三菱化学株式会社 | 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池 |
CN106169610A (zh) * | 2015-05-20 | 2016-11-30 | 三星电子株式会社 | 锂金属电池和用于锂金属电池的电解质 |
CN105140561A (zh) * | 2015-07-08 | 2015-12-09 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 |
CN105449283A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-30 | 中南大学 | 一种高电压锂离子电池用电解液 |
CN106920991A (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-04 | 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 | 一种提高浸润性的锂电池电解液及锂电池 |
JP2017183067A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 住友精化株式会社 | 非水電解液用添加剤、非水電解液および蓄電デバイス |
CN110637008A (zh) * | 2017-05-15 | 2019-12-31 | 柯尼卡美能达株式会社 | 乙烯基砜化合物、锂离子电池用电解液及锂离子电池 |
CN108878980A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-11-23 | 浙江长兴中俄新能源材料技术研究院有限公司 | 长寿命锂离子动力电池用功能型电解液及其制备方法 |
CN109148960A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-04 | 杉杉新材料(衢州)有限公司 | 一种锂离子电池用非水电解液及使用该电解液的锂离子电池 |
CN110911754A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-24 | 江西壹金新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池电解液及其制备方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023241138A1 (zh) * | 2022-06-16 | 2023-12-21 | 中国科学技术大学 | 醚类电解液及其在电池中的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113764728B (zh) | 2023-11-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110265716B (zh) | 一种锂离子电池电解液及锂离子电池 | |
CN110612632B (zh) | 锂二次电池用非水性电解质溶液和包含其的锂二次电池 | |
EP3595072A1 (en) | Additive for non-aqueous electrolytic solutions, non-aqueous electrolytic solution, and electrical storage device | |
JP7116311B2 (ja) | 非水電解液電池用電解液及びそれを用いた非水電解液電池 | |
CN109792086B (zh) | 用于锂二次电池的非水电解液和包含该非水电解液的锂二次电池 | |
JP2019102459A (ja) | 非水電解液電池用電解液及びそれを用いた非水電解液電池 | |
CN106159325B (zh) | 一种锂离子电池用低温电解液及低温锂离子电池 | |
JPWO2010016520A1 (ja) | 非水電解液及びリチウム二次電池 | |
CN104269576A (zh) | 一种电解液及使用该电解液的锂离子电池 | |
CN109888384B (zh) | 电解液和含有电解液的电池 | |
WO2019111983A1 (ja) | 非水電解液電池用電解液及びそれを用いた非水電解液電池 | |
WO2022262230A1 (zh) | 非水电解液及其二次电池 | |
CN110970662B (zh) | 非水电解液及锂离子电池 | |
JP2020072023A (ja) | 非水系電解液及びリチウムイオン二次電池 | |
CN113078358A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及其锂离子电池 | |
CN110911748B (zh) | 一种锂二次电池电解液和锂二次电池 | |
CN113113668B (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 | |
CN113764729A (zh) | 电解液以及锂金属电池 | |
CN110970664A (zh) | 非水电解液及锂离子电池 | |
CN113764728B (zh) | 电解液以及锂金属电池 | |
JP4265169B2 (ja) | 二次電池用電解液およびそれを用いた二次電池 | |
CN110970663A (zh) | 非水电解液及锂离子电池 | |
CN113745657B (zh) | 用于锂二次电池的电解液和锂二次电池 | |
CN114400321A (zh) | 一种低温充放电锂离子电池及其负极材料 | |
CN110970659B (zh) | 非水电解液及锂离子电池 |
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 |