CN113764731A - 二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池电解液添加剂技术领域，提出了二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用的技术方案，电池电解液包括有机溶剂、锂盐、添加剂，添加剂包括质量比为1：(0.2‑0.5)的二恶唑酮类化合物和
Figure DDA0002519586970000011
二恶唑酮类化合物的用量为电池电解液质量的2‑10％；所述二恶唑酮类化合物的结构式为：
Figure DDA0002519586970000012
或
Figure DDA0002519586970000013
R为甲基、苯基或氟取代的苯基，R1、R2不同时为氢或甲基。通过上述技术方案，解决了现有技术中电池电解液不耐高压的问题。

Description

二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用
技术领域
本发明属于电池电解液添加剂技术领域，涉及二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用。
背景技术
近年来，人们对电子设备的需求不断提高，随着能量存储技术不断发展，人们对锂离子高能量密度电池的要求也越来越高，通常使用的锂二次电池包括一个由能够嵌入或脱出锂离子的碳材料制成的阳极，一个由含锂氧化物制成的阴极和一种通过将适量锂盐溶于混合有机溶剂中而制备的非水电解质溶液。为了提高锂离子电池的能量密度，研究者通常采用开发高容量、高工作电压的正极材料来解决此问题，如提高锂钴复合氧化物、锂锰复合氧化物的工作电压，开发高工作电压的锂镍锰复合氧化物等，但是，常用的电解液，在高于4V的电压下，正极氧化活性变高，非水电解液容易在正极表面发生电化学氧化反应，进而产生气体，同时，在高电压下正极材质中的过渡金属溶出迁移到负极消耗活性锂，导致锂离子的电化学性能恶化进而导致失效，进而电池性能的降低。目前采用的解决方法是向电解液中加入成膜添加剂，改善电解液和正极间的界面稳定，但是成膜添加剂会造成界面阻抗增加，导致电池中锂离子迁移扩散动力学性能降低，进而使得锂离子电池的存储性能和循环性能衰减，因而还需要对高电压电解液添加剂进行深入研究。
发明内容
本发明提出一种二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用的技术方案，解决了现有技术中电池电解液不耐高压的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用，电池电解液包括有机溶剂、锂盐、添加剂，添加剂包括质量比为1：(0.2-0.5)的二恶唑酮类化合物和
Figure BDA0002519586960000011
二恶唑酮类化合物的用量为电池电解液质量的2-10％；所述二恶唑酮类化合物的结构式为：
Figure BDA0002519586960000021
R为甲基、苯基或氟取代的苯基，R1、R2不同时为氢或甲基。
进一步地，所述的电池电解液包括质量比为(15-20)：(70-80)：(2-10)锂盐、有机溶剂和添加剂。
进一步地，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丁酯中的一种或多种。
进一步地，所述的锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、LiClO4、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiODCB、LiBOB中的一种或多种。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中通过对电池电解液添加剂的设计，将二恶唑酮类化合物与
Figure BDA0002519586960000022
复配使用，提高了锂离子电池在4.5V以上高电压下的循环稳定性，还提高了锂离子电池的高温存储和循环性能。
2、本发明中，将二恶唑酮类化合物和
Figure BDA0002519586960000023
按照质量比1：(0.2-0.5)添加入电池电解液中，二恶唑酮类化合物的用量为电池电解液质量的2-10％，可协同抑制电解液的分解，降低直流阻抗，提高高电压循环性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
电池电解液包括质量比为18：80：2的锂盐、有机溶剂和电池电解液添加剂。所述的锂盐为LiBOB，浓度1mol/L，所述有机溶剂为质量比为1:1的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯，电池电解液添加剂为质量比为1：0.3的
Figure BDA0002519586960000031
添加量为电池电解液质量的2％。
实施例2
电池电解液包括质量比为15：75：10的锂盐、有机溶剂和电池电解液添加剂。所述的锂盐为LiBF4，浓度1mol/L，所述有机溶剂为质量比为1:2的γ-丁内酯、碳酸二乙酯，电池电解液添加剂为质量比为1：0.5的
Figure BDA0002519586960000032
添加量为电池电解液质量的10％。
实施例3
电池电解液包括质量比为20：75：5的锂盐、有机溶剂和电池电解液添加剂。所述的锂盐为质量比为1:2的LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3，浓度均为1mol/L，所述有机溶剂为质量比为三氟乙酸甲酯，电池电解液添加剂为质量比为1：0.4的
Figure BDA0002519586960000033
添加量为电池电解液质量的5％。
实施例4
电池电解液包括质量比为17.5：80：2.5的锂盐、有机溶剂和电池电解液添加剂。所述的锂盐LiSO3CF3，浓度1mol/L，所述有机溶剂为质量比为1:1的丙酸丙酯、碳酸乙烯酯，电池电解液添加剂为质量比为1：0.0.35的
Figure BDA0002519586960000034
添加量为电池电解液质量的2.5％。
实施例5
电池电解液包括质量比为17：80：3的锂盐、有机溶剂和电池电解液添加剂。所述的锂盐为LiODCB，浓度1mol/L，所述有机溶剂为碳酸甲乙酯，电池电解液添加剂为质量比为1：0.45的
Figure BDA0002519586960000041
添加量为电池电解液质量的3％。
实施例6
电池电解液包括质量比为19：79：2的锂盐、有机溶剂和电池电解液添加剂。所述的锂盐为LiPF6，浓度1mol/L，所述有机溶剂为质量比为2.5:1的碳酸乙烯酯、γ-戊内酯，电池电解液添加剂为质量比为1：0.3的
Figure BDA0002519586960000042
添加量为电池电解液质量的2％。
比较例1
与实施例1相比，区别仅在于不包括
Figure BDA0002519586960000043
比较例2
与实施例1相比，区别仅在于不包括
Figure BDA0002519586960000044
比较例3
与实施例1相比，区别仅在于不包括
Figure BDA0002519586960000045
性能测试
以钴酸锂为正极材料，负极采用石墨，正负极集流体分布为铝箔和铜箔，隔膜采用陶瓷隔膜组成软包电池，注入电解液后，在手套箱中组装成软包电池，静置8小时后进行测试。所述电解液是通过将碳酸丙烯酯、γ-丁内酯以2：1的容积比混合的混合溶剂中溶解LiODCB以获得1.0M溶液，且将该溶液作为基础电解液，并以基础电解液为空白组进行电池性能对比。
1、锂离子电池的高温存储性能测试
在25℃下，将锂离子电池以1C恒流充电至电压为4.4V，之后以4.5V恒压充电至电流为0.05C，然后以1C恒流放电至电压为2.8V，测试此时锂离子电池的放电容量，记为C0；之后将锂离子电池以1C恒流充电至电压为4.5V，之后以4.5V恒压充电至电流为0.05C，将锂离子电池放入60℃的恒温箱，保温90、120天，取出锂离子电池，以1C恒流放电至电压为2.8V，测试此时锂离子电池的放电容量，记为C1。锂离子电池60℃存储90、120天后的容量保持率(％)＝C1/C0×100％，测试结果见表1。
2、锂离子电池的常温直流阻抗(DCR)测试
在25℃下调整锂离子电池的荷电状态(SOC)至满充容量的50％，静置2小时，测试此时锂离子电池的电压并记为U1，然后以0.3C的倍率放电10s，测试锂离子电池放电后的电压并记为U2。锂离子电池25℃的DCR＝(U1-U2)/I，I表示电流，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002519586960000051
从比较例1-3和实施例1的测试结果可以看出，在电解液中仅加入
Figure BDA0002519586960000061
Figure BDA0002519586960000062
锂离子电池的高温存储容量较差，常温直流阻抗较高，
Figure BDA0002519586960000063
的配合作用，可以提高锂离子电池的高温存储容量，降低常温直流阻抗。
以上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 (4)

1.二恶唑酮类化合物于电池电解液中的应用，电池电解液包括有机溶剂、锂盐、添加剂，其特征在于，添加剂包括质量比为1：(0.2-0.5)的二恶唑酮类化合物和
Figure FDA0002519586950000011
二恶唑酮类化合物的用量为电池电解液质量的2-10％；所述二恶唑酮类化合物的结构式为：
Figure FDA0002519586950000012
R为甲基、苯基或氟取代的苯基，R1、R2不同时为氢或甲基。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述的电池电解液包括质量比为(15-20)：(70-80)：(2-10)锂盐、有机溶剂和添加剂。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丁酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述的锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、LiClO4、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiODCB、LiBOB中的一种或多种。
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