CN113839090B - 一种非水电解液及二次锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂为苯甲酸苯乙酯衍生物中的一种或多种，所述的苯甲酸苯乙酯衍生物的结构通式为：
Figure DDA0002555356010000011
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10独立地选自氢、羟基、卤素、烷基、烷氧基、卤代烷氧基、卤代烷基、烯烃基、卤代烯烃基、氨基、酯基或氰基，所述的卤素为F、Cl或Br，所述的卤代为部分取代或全部取代。本发明的电解液能够很好的在锂电池正极形成CEI膜，保护正极，并能降低电解液粘度，提高二次锂电池在低温下的循环性能。

Description

一种非水电解液及二次锂电池
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种非水电解液及二次锂电池。
背景技术
锂离子电池目前在人们的生活中扮演着重要的作用，作为清洁环保能源的代表之一，越 来越广泛的出现在各种各样的电器里，可以说人们已经无法脱离清洁储能元件而生活，市场 对其的需求也越来越大。然而作为整个行业来讲，锂离子电池的技术发展仍旧还有着巨大的 空缺需要填补，尤其在当代科学技术的快速发展以及各行各业的竞争越来越激烈，想要在锂 电池行业能够有较好的发展也越来越困难。电解液是锂电池技术的核心之一，电解液的发展 能够同时推进锂电池的发展，也能成为锂电池发展的瓶颈，就目前而言，锂电池发展较大的 阻碍之一在于，电解液无法在较高温度和较低温度下良好的工作，同时充放电过程和搁置过 程中如果电解液无法在锂电池的正负极上形成较好的保护膜，那么电池的正负极会与电解液 不断反应，不仅消耗了大量的电解液，使电池的循环性能大大降低，同时产生的大量气体也 会使电池体积膨胀，从而引起安全问题。因此，这些问题急需解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对锂电池的正极提供保护的非水电解液。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述电解液的二次锂电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明一方面提供一种非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂为苯 甲酸苯乙酯衍生物中的一种或多种，所述的苯甲酸苯乙酯衍生物的结构通式为：
Figure BDA0002555355000000011
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10独立地选自氢、羟基、卤素、烷基、 烷氧基、卤代烷氧基、卤代烷基、烯烃基、卤代烯烃基、氨基、酯基或氰基，所述的卤素为 F、Cl或Br，所述的卤代为部分取代或全部取代。
本发明人研究发现在电池的搁置过程中，产生的气体大量来源于电池正极，因此我们使 用苯甲酸苯乙酯的衍生物对其进行保护，其机理在于其双苯环结构能够在正极表面通过π- π共轭与脱氢还原的方式在形成较为稳定的CEI膜，阻止材料表面与电解液的进一步反应发 生，从而使得电池的安全性能及循环性能能够得到改善。
优选地，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10独立地选自氢、羟基、卤素、碳原 子数为1～5的烷基、碳原子数为1～5的烷氧基、碳原子数为1～5的卤代烷氧基、碳原子数为 1～5的卤代烷基、碳原子数为2～5的烯烃基、碳原子数为2～5的卤代烯烃基、氨基、酯基或 氰基。
进一步优选地，R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10均为氢。
最为优选地，所述的苯甲酸苯乙酯衍生物为
Figure BDA0002555355000000021
Figure BDA0002555355000000022
优选地，所述的苯甲酸苯乙酯衍生物的质量占所述的非水电解液总质量的0.05％～10％。
进一步优选地，所述的苯甲酸苯乙酯衍生物的质量占所述的非水电解液总质量的0.5％～6％。
更为优选地，所述的苯甲酸苯乙酯衍生物的质量占所述的非水电解液总质量的1％～2％。
优选地，所述的锂盐为选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCH3SO3、LiSCN、LiNO3、LiO3SCF2CF3、 LiAsF6、LiAlCl4的一种或多种。
更为优选地，所述的锂盐为LiPF6。
优选地，所述锂盐在所述非水锂电池电解液中的浓度为0.7～1.5mol/L。
进一步优选地，所述锂盐在所述非水锂电池电解液中的浓度为0.9～1.2mol/L。
优选地，所述有机溶剂为选自碳酸酯、羧酸酯、醚、砜类中的一种或多种。其中，所述 有机溶剂为两种或两种以上混合时，所述有机溶剂可以任意重量比例。
进一步优选地，所述碳酸酯为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯；其中，当同时使用所述环状 碳酸酯和所述链状碳酸酯时，所述环状碳酸酯和所述链状碳酸酯可以任意重量比例。
更为优选地，所述碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚丁基酯、碳酸二甲酯、碳 酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种。
根据一种优选实施方式，所述的有机溶剂为质量比为2～6:5～11:1～2:1的碳酸乙烯酯、碳 酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯的混合溶剂。
更为优选地，所述的有机溶剂为质量比为2～3:5～7:1～1.5:1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙 酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯的混合溶剂。
进一步优选地，所述羧酸酯为环状羧酸酯和/或链状羧酸酯，当同时使用所述环状羧酸酯 和所述链状羧酸酯时，所述环状羧酸酯和所述羧酸酯的质量比为1:0.5～2.5。
更为优选地，所述羧酸酯为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙 酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中的一种或几种。
进一步优选地，所述的醚为二甲氧基甲烷、1，2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、1，3-二氧 戊环中的一种或几种。
进一步优选地，所述的砜为二甲亚砜、环丁砜、二甲基砜中的一种或几种。
本发明另一方面提供一种二次锂电池，其采用所述的非水电解液。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的电解液能够很好的在锂电池正极形成CEI膜，保护正极，并能降低电解液粘度， 提高二次锂电池在低温下的循环性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用 的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常 规条件。
对比例1
将锂盐LiPF6溶于碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二甲酯/碳酸丙烯酯(质量比25/50/15/10) 的混合溶剂中，其中LiPF6浓度为1mol/L，得到对比电解液。
实施例1
将锂盐LiPF6溶于碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二甲酯/碳酸丙烯酯(质量比25/50/15/10) 的混合溶剂中，其中LiPF6浓度为1mol/L，在该溶液中按电解液总质量计算添加2％的
Figure BDA0002555355000000031
得到本发明电解液。
实施例2
将锂盐LiPF6溶于碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二甲酯/碳酸丙烯酯(质量比30/55/10/5)的 混合溶剂中，其中LiPF6浓度为1mol/L，在该溶液中按电解液总质量计算添加2％的
Figure BDA0002555355000000041
得到本发明电解液。
实验结果
将对比例1和实施例1-2得到的电解液注入到同批次同型号的钴酸锂软包电池中，测试 电池在2.75-4.2V下低温0℃环境进行1C的循环性能测试，以及在60℃高温下进行搁置。所 有对比例和实施例低温循环容量保持率以及高温搁置膨胀率比较数据，具体结果如下：
表1
Figure BDA0002555355000000042
由表1中各实施例和对比例的非水电解液制备的钴酸锂电池的充放电循环性能测试数据 说明，由本发明的非水电解液制备的钴酸锂电池在2.75-4.2V,1C倍率下0℃低温放电性能以 及高温下电池搁置后厚度明显优于由对比例非水电解液制备的钴酸锂电池。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够 了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质 所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于：所述的添加剂为苯甲酸苯乙酯衍生物中的一种或多种，所述的苯甲酸苯乙酯衍生物的结构通式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10独立地选自氢、羟基、卤素、烷基、烷氧基、卤代烷氧基、卤代烷基、烯烃基、卤代烯烃基、氨基、酯基或氰基，所述的卤素为F、Cl或Br，所述的卤代为部分取代或全部取代。
2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10独立地选自氢、羟基、卤素、碳原子数为1～5的烷基、碳原子数为1～5的烷氧基、碳原子数为1～5的卤代烷氧基、碳原子数为1～5的卤代烷基、碳原子数为2～5的烯烃基、碳原子数为2～5的卤代烯烃基、氨基、酯基或氰基。
3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于：R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10均为氢。
4.根据权利要求3所述的非水电解液，其特征在于：所述的苯甲酸苯乙酯衍生物为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和/或
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的非水电解液，其特征在于：所述的苯甲酸苯乙酯衍生物的质量占所述的非水电解液总质量的0.05％～10％。
6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述的锂盐为选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCH3SO3、LiSCN、LiNO3、LiO3SCF2CF3、LiAsF6、LiAlCl4的一种或多种，所述锂盐在所述非水电解液中的浓度为0.7～1.5mol/L。
7.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述有机溶剂为选自碳酸酯、羧酸酯、醚、砜类中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于：所述碳酸酯为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯；所述羧酸酯为环状羧酸酯和/或链状羧酸酯。
9.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于：所述的有机溶剂为质量比为2～6:5～11:1～2:1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯的混合溶剂。
10.一种二次锂电池，其特征在于：其采用权利要求1至9中任一项所述的非水电解液。
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