CN114556662A - 一种电解液及含有该电解液的电化学装置 - Google Patents

一种电解液及含有该电解液的电化学装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114556662A
CN114556662A CN202180004970.7A CN202180004970A CN114556662A CN 114556662 A CN114556662 A CN 114556662A CN 202180004970 A CN202180004970 A CN 202180004970A CN 114556662 A CN114556662 A CN 114556662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
lithium
compound
equal
content
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
Application number
CN202180004970.7A
Other languages
English (en)
Inventor
刘建禹
栗文强
郑建明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningde Amperex Technology Ltd
Original Assignee
Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningde Amperex Technology Ltd filed Critical Ningde Amperex Technology Ltd
Publication of CN114556662A publication Critical patent/CN114556662A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • 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
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • 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
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
    • 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)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本申请涉及一种电解液以及包含该电解液的电化学装置。该电解液包括含氟磺酰亚胺锂盐和三腈化合物，其中，基于所述电解液的重量，所述含氟磺酰亚胺锂盐的含量为X％，所述三腈化合物的含量为Y％，满足1≤X+Y≤6。本申请的电解液能够显著提高锂离子电池的安全性能。

Description

一种电解液及含有该电解液的电化学装置
技术领域
本申请涉及储能领域，具体涉及一种电解液及含有该电解液的电化学装置。
背景技术
随着智能产品的普及和应用，人们对手机、笔记本、相机等电子产品的需求逐年增加。锂离子电池作为电子产品的工作电源，具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高等特点，正逐步取代传统的Ni-Cd、MH-Ni电池。然而随着锂离子电池的发展，人们对锂离子电池安全性能的要求不断提高，开发更高安全的锂离子电池是市场的主要需求之一。
发明内容
本申请第一方面提供一种电解液，其包括含氟磺酰亚胺锂盐和三腈化合物，其中，基于所述电解液的重量，所述含氟磺酰亚胺锂盐的含量为X％，所述三腈化合物的含量为Y％，满足1≤X+Y≤6。本发明的电解液能够提高锂离子电池的安全性能。
根据本发明的一些实施方式，所述电解液进一步包括六氟磷酸锂(LiPF6)。根据本申请的一些实施方式，基于所述电解液的重量，六氟磷酸锂的含量为Z％，其中X+Z≤7.5，且X/Z≤1。
根据本发明的一些实施方式，所述含氟磺酰亚胺锂盐包含双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或两种。
根据本发明的一些实施方式，所述电解液满足以下条件(a)或(b)中的至少一者：(a)Z小于5；(b)0.8≤(X+Z)/(X+Y)≤3.5。
根据本发明的一些实施方式，所述三腈化合物包括式II化合物或式III化合物中的至少一种：
Figure BDA0003505865510000021
式II中，a、d和f各自独立地选自1-6的整数，b、c和e各自独立地选自0-6的整数；
式III中，g、h和i各自独立地选自0-6的整数。
根据本发明的一些实施方式，所述三腈化合物包含1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三腈、1,2,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述的电解液进一步包含式I化合物：
Figure BDA0003505865510000022
其中R1、R2、R3各自独立地选自氢、卤素、含或不含取代基的C1-C12烷基、含或不含取代基的C3-C8环烷基、含或不含取代基的C6-C12芳基，所述的取代基选自氰基、硝基、卤素和磺酰基中的至少一种，n为0至7的整数。
根据本发明的一些实施方式，式I中，R1、R2、R3各自独立地选自氢或C1-C5烷基、n为0至3的整数。
根据本发明的一些实施方式，基于所述电解液的重量，所述式I化合物的含量为A％，满足1≤A+X+Y≤7。
根据本发明的一些实施方式，所述电解液进一步包含锂盐添加剂，所述锂盐添加剂包含四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，基于所述电解液的重量，所述锂盐添加剂的含量为P％，满足0.1≤P≤2。
本申请的第二方面提供了一种电化学装置，其包括正极片、负极片、隔离膜以及本申请的第一个方面所述的电解液。
根据本发明的一些实施方式，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体包括铝箔基材和包含在所述铝箔基材中的铜元素，基于所述正极集流体的重量，铜元素的含量m以ppm计，铝箔基材的厚度d以μm计，满足d×m/1000≥5。
根据本发明的一些实施方式，5≤d×m/1000≤50。
根据本发明的一些实施方式，0＜m≤2000ppm。
本申请的第三方面提供了一种电子设备，包括本申请的第二方面所述的电化学装置。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。应理解，这些具体实施方式仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
本申请第一方面提供一种电解液，其包括含氟磺酰亚胺锂盐和三腈化合物，其中，基于所述电解液的重量，所述含氟磺酰亚胺锂盐的含量为X％，所述三腈化合物的含量为Y％，满足1≤X+Y≤6。根据一些实施例，X+Y＝1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、3.75、4.0、4.25、4.5、4.75、5.0、5.25、5.5、5.75、6.0或这些数值之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，1≤X≤5.5，例如X为1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.25、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、3.75、4.0、4.25、4.5、4.75、5.0、5.25、5.5或这些数值之间的任意值。根据本发明的一些实施方式，X为1.25≤X≤5.0。
根据本发明的一些实施方式，0.1≤Y≤2.5，例如Y为0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0、2.25或这些数值之间的任意值。根据本发明的一些实施方式，0.5≤Y≤2.0。
根据本发明的一些实施方式，所述电解液进一步包括六氟磷酸锂(LiPF6)。根据本申请的一些实施方式，基于所述电解液的重量，六氟磷酸锂的含量为Z％，其中X+Z≤7.5，且X/Z≤1。含氟磺酰亚胺锂盐的引入可以提高电解液的自身稳定性，同时其与六氟磷酸锂浓度之和较低时，可显著减小短路产热量，从而改善撞击(Impact)、穿钉(Nail)等机械安全性能。
根据本发明的一些实施方式，Z≤7.0。根据本发明的一些实施方式，Z＜5.0。根据本发明的一些实施方式，0.1≤Z≤7，例如Z为0.1、0.5、1.5、2.0、2.5、3.0、3.75、4.0、4.25、4.75、5.0、6.0或这些数值之间的任意值。根据本发明的一些实施方式，2.5≤Z≤5.0。
根据本发明的一些实施方式，所述含氟磺酰亚胺锂盐包含双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和/或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)。在一些实施例中，所述含氟磺酰亚胺锂盐包含双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)。
根据本发明的一些实施方式，所述电解液满足0.8≤(X+Z)/(X+Y)≤3.5。在一些实施例中，(X+Z)/(X+Y)为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.5、2.8、3.0、3.2、3.4或3.5或这些数值之间的任意值。根据本发明的一些实施方式，所述电解液满足1.2≤(X+Z)/(X+Y)≤3.5。
本申请中，三腈化合物指具有三个氰基(-CN)的有机化合物。根据本发明的一些实施方式，所述三腈化合物包括式II化合物或式III化合物中的至少一种：
Figure BDA0003505865510000041
式II中，a、d和f各自独立地选自1-6的整数，b、c和e各自独立地选自0-6的整数；
式III中，g、h和i各自独立地选自0-6的整数。
根据本发明的一些实施方式，所述三腈化合物包含1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三腈、1,2,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述的电解液进一步包含式I化合物：
Figure BDA0003505865510000042
其中R1、R2、R3各自独立地选自氢、卤素、含或不含取代基的C1-C12烷基、含或不含取代基的C3-C8环烷基、含或不含取代基的C6-C12芳基，所述的取代基选自氰基、硝基、卤素和磺酰基中的至少一种，n为0至7的整数。
根据本发明的一些实施方式，式I中，R1、R2、R3各自独立地选自氢或C1-C5烷基、n为0至3的整数。在一些实施例中，式I化合物选自烯丙基腈或烯丁基腈中的一种或几种。
根据本发明的一些实施方式，基于所述电解液的重量，所述式I化合物的含量为A％，满足1≤A+X+Y≤7。
根据本发明的一些实施方式，所述电解液进一步包含锂盐添加剂，所述锂盐添加剂包含四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双草酸硼酸锂(LiBOB)或二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)中的至少一种。根据本申请的一些实施方式，基于所述电解液的重量，所述锂盐添加剂的含量为P％，满足0.1≤P≤2。
本申请的第二个方面提供了一种电化学装置，其包括正极片、负极片、隔离膜以及本申请的第一个方面所述的电解液。
根据本发明的一些实施方式，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体包括铝箔基材和包含在所述铝箔基材中的铜元素，基于所述正极集流体的重量，铜元素的含量m以ppm计，铝箔基材的厚度d以μm计，满足d×m/1000≥5。
根据本发明的一些实施方式，5≤d×m/1000≤50。
根据本发明的一些实施方式，0＜m≤2000ppm。
在根据本申请所述的电化学装置中，正极还包括设置在所述正极集流体上的正极活性材料。正极活性材料的具体种类均不受到具体的限制，可根据需求进行选择。
所述正极活性材料可选自选自钴酸锂(LiCoO2)、锂镍锰钴三元材料、锰酸锂(LiMn2O4)、镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)及其掺杂和/或包覆改性化合物中的一种或几种，但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作正极活性材料的传统公知的材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。
在一些实施方式中，正极活性材料上具有一层包覆层。包覆层可以起到隔绝电解液的作用，可以在很大程度上减少电解液与正极活性材料之间的副反应，减少过渡金属溶出，提高正极活性材料的电化学稳定性。其中，包覆层可为碳层、石墨烯层、氧化物层、无机盐层或导电高分子层。氧化物可为Al、Ti、Mn、Zr、Mg、Zn、Ba、Mo、B中的一种或几种元素形成的氧化物；无机盐可为Li2ZrO3、LiNbO3、Li4Ti5O12、Li2TiO3、Li3VO4、LiSnO3、Li2SiO3、LiAlO2中的一种或几种；导电高分子可为聚吡咯(PPy)、聚3,4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)或聚酰胺(PI)。
根据本申请的电化学装置的负极包括集流体和形成在集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金、能够掺杂/脱掺杂锂的材料或过渡金属氧化物，例如Si、SiOx(0<x<2)等材料。可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料可以是碳材料。碳材料可以是在锂离子可再充电电化学装置中通常使用的任何碳基负极活性物质。碳材料的示例包括结晶碳、非晶碳和它们的组合。结晶碳可以是无定形的或板形的、小片形的、球形的或纤维形的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧制焦炭等。低结晶碳和高结晶碳均可以用作碳材料。作为低结晶碳材料，可通常包括软碳和硬碳。作为高结晶碳材料，可通常包括天然石墨、结晶石墨、热解碳、中间相沥青基碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青和高温锻烧炭(如石油或衍生自煤焦油沥青的焦炭)。
根据一些实施方式，负极活性物质层包含有粘合剂，且该粘合剂可以包括各种粘合剂聚合物，如二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)，聚偏二氟乙烯、聚丙烯睛、聚甲基丙烯酸甲醋、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但不限于此等。
根据一些实施方式，负极活性物质层还包括导电材料来改善电极导电率。可以使用任何导电的材料作为该导电材料，只要它不引起化学变化即可。导电材料的示例包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如包括铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物等；或它们的混合物。集流体可以为铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、包覆有导电金属的聚合物基板或它们的组合。
本申请的电化学装置中使用的隔膜的材料和形状没有特别限制，其可为任何现有技术中公开的技术。在一些实施例中，隔膜包括由对本申请的电解液稳定的材料形成的聚合物或无机物等。
例如隔膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的至少一种。粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的至少一种。
聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料选自聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯烷氧、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
本申请的电化学装置可应用的电子设备或装置没有特别限定。在一些实施例中，电子设备包括但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
为了简明，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
术语“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个组分或多个组分。项目B可包含单个组分或多个组分。项目C可包含单个组分或多个组分。
术语“烃基”涵盖烷基、烯基、炔基。
术语“烷基”预期是具有1至20个碳原子的直链饱和烃结构。“烷基”还预期是具有3至20个碳原子的支链或环状烃结构。当指定具有具体碳数的烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体；因此，例如，“丁基”意思是包括正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基和环丁基；“丙基”包括正丙基、异丙基和环丙基。烷基实例包括，但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、甲基环戊基、乙基环戊基、正己基、异己基、环己基、正庚基、辛基、环丙基、环丁基、降冰片基等。
术语“烯基”是指可为直链或具支链且具有至少一个且通常1个、2个或3个碳碳双键的单价不饱和烃基团。除非另有定义，否则所述烯基通常含有2个到20个碳原子且包括(例如)C2-C4烯基、C2-C6烯基及C2-C10烯基。代表性烯基包括(例如)乙烯基、正丙烯基、异丙烯基、正-丁-2-烯基、丁-3-烯基、正-己-3-烯基等。
术语“炔基”是指可为直链或具支链且具有至少一个且通常具有1个、2个或3个碳碳三键的单价不饱和烃基团。除非另有定义，否则所述炔基通常含有2个到20个碳原子且包括(例如)C2-C4炔基、C3-C6炔基及C3-C10炔基。代表性炔基包括(例如)乙炔基、丙-2-炔基(正-丙炔基)、正-丁-2-炔基、正-己-3-炔基等。
如本文中所使用，各组分的含量均为基于电解液重量的百分含量。
1、电池制备
实施例以及对比例中的锂离子电池均按照下述方法进行制备：
(1)电解液制备
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)按重量比1:1:1均匀混合，参照表1-5添加各组分，搅拌均匀，形成电解液。
(2)正极片制备
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电剂碳纳米管(CNT)、特定粘结剂聚偏二氟乙烯按照重量比95:2:3进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机作用下搅拌至体系成均一状正极浆料，然后将正极浆料均匀涂覆于正极集流体铝箔上；在85℃下烘干后经过冷压、裁片、分切后，在85℃的真空条件下干燥4h，得到正极片。
(3)负极片制备
将负极活性物质石墨、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照重量比95:2:3在适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料；将此浆料涂覆于负极集流体铜箔上，烘干、冷压，得到负极片。
(4)隔离膜制备
隔离膜选用厚度为5μm的聚乙烯(PE)隔膜。
(5)锂离子电池的制备
将正极片、隔离膜、负极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极片和负极片之间起到隔离的作用，然后卷绕，置于外包装箔中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的电池中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，即完成锂离子电池的制备。
2、测试方法
(1)穿钉测试
取10枚待测的电化学装置(锂离子电池)在常温下以0.5C倍率恒定电流充电至电压4.45V，进一步在4.45V恒定电压下充电至电流0.05C，使其处于4.45V满充状态。之后在常温条件下对锂离子电池进行穿钉，采用直径为2.5mm钉子(钢钉，材质为碳钢，锥度为16.5mm，钢钉总长为100mm)，以30mm/s的穿钉速度穿钉，穿钉深度以钢钉锥度穿过锂离子电池为准，观察锂离子电池是否产烟、起火或爆炸。若没有则认为锂离子电池通过穿钉测试。每组测试10个电池，记录通过测试电池个数。
(2)锂离子电池的室温容量保持率的测试方法
在25℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.45V，4.45V恒压充电至电流为0.05C，再用0.5C恒流放电至3.0V，此时为首次循环。按照上述条件使锂离子电池进行多次循环。以首次放电的容量为100％，反复进行充放电循环，至放电容量衰减至80％时，停止测试，记录循环圈数，作为评价锂离子电池循环性能的指标。
(3)热箱测试
在25℃下，将锂离子电池以0.7C恒流充电至4.5V，4.5V恒压充电至电流为0.05C。将电池放置在高温箱中，用5±2℃/分钟的温升速率加热到135℃，然后保持1h，记录电池的电压、温度以及热箱温度的变化。电池不起火、不爆炸、不冒烟即为通过测试。每组测试10个电池，记录通过测试电池个数。
3、测试结果
(1)含氟磺酰亚胺锂盐和三腈化合物对电池性能的影响
表1
Figure BDA0003505865510000091
Figure BDA0003505865510000101
表1可以看出，在一定范围内，含氟磺酰亚胺锂盐含量降低，电池的穿钉通过率逐步提高，即电池的安全性能不断得到提升，但循环性能受到明显影响。随着三腈化合物(此处以1,3,6己烷三腈为例)的引入穿钉通过率有显著提高，主要归因于三腈类化合物对正极界面稳定性的增强，且与含氟磺酰亚胺锂盐协同作用，二者共同提高了电解液的稳定性，从而在改善电池循环性能的同时，显著改善了电池的安全性能。当含氟磺酰亚胺锂盐与三腈类化合物含量之和增加时，体系在穿钉测试中产热量增加，电池容易失效，且电解液成本随之升高，因此两者含量之和须保持在一定合理范围内。
(2)含氟磺酰亚胺锂盐+三腈化合物+LiPF6对电池性能的影响
表2-1
Figure BDA0003505865510000102
由实施例S2-1至S2-9与对比例D2-1至D2-3、实施例S1-3至实施例S1-4的比较可知，LiPF6、含氟磺酰亚胺锂盐与三腈化合物在一定浓度范围内共用，在电解液中LiPF6、含氟磺酰亚胺锂盐总含量较低的情况下，多种锂盐共用较单一锂盐体系对于穿钉改善效果更为明显，同时可减少部分原料成本，带来明显的经济效益。当LiPF6及含氟磺酰亚胺锂盐用量之和在一定范围内时，体系产热量较少，同时通过LiPF6、含氟磺酰亚胺锂盐及三腈化合物的协同作用稳定电极界面，减少正极释氧，进而达到对于电池安全性能及循环性能改善的平衡。
由实施例S2-5至S2-8对比实施例S2-9可知，当LiPF6与含氟磺酰亚胺盐含量比值X/Z小于或等于1时，电池循环性能维持较为稳定，当其大于1时，循环性能受到影响，推测与LiPF6抑制了含氟磺酰亚胺盐对铝箔的腐蚀有关。
表2-2
Figure BDA0003505865510000111
由表2-2可以看出，当LiPF6浓度超过一定范围，电池的热箱通过率随着LiPF6用量的增加逐渐降低，这可能是由于LiPF6的热分解产物在该电解液体系下引发进一步反应，产热增加，进而影响电池的安全性能。
(3)含氟磺酰亚胺锂盐+三腈化合物+含双键单腈+LiPF6对电池性能的影响
表3
Figure BDA0003505865510000112
Figure BDA0003505865510000121
表3可以看出，随着含双键单腈(此处以烯丙基腈为例)的进一步引入，混合锂盐体系电池的循环性能得到明显改善，这主要归因于极片与电解液间的界面稳定性的显著增强：其中三腈类添加剂主要作用在正极界面，含双键单腈因具有双键，其氧化电位偏低，还原电位较高，可以在极片界面形成保护膜，在保护正极极片的同时，亦可强化负极界面的稳定性，进而显著改善电池的循环性能。
对比实施例S3-10、对比例D3-1至D3-2可以看出，在本申请所述的电解液体系下，相较于前述实施例中含双键单腈的引入对于体系循环性能的显著改善，当X+Y较大时，含双键单腈对体系循环性能的影响不明显。
(4)含氟磺酰亚胺锂盐+三腈化合物+锂盐添加剂对电池性能的影响
表4
Figure BDA0003505865510000122
表4可以看出，LiBOB或LiDFOB等其他锂盐的添加，对于多盐低用量体系的循环稳定性亦有明显提升。这主要归因于上述锂盐添加剂对正极较好的稳定性，可减少过渡金属的溶出，多种锂盐和添加剂协同作用，共同提高正极结构的稳定性，同时也可减少过渡金属对负极SEI的破坏，进而在保证电池安全性能的同时提高循环性能。
(5)铝箔对电池性能的影响
S5-1至S5-3与S4-1的区别仅在于正极集流体铝箔不同，具体参见表5。
表5
Figure BDA0003505865510000131
表5可以看出，铝箔基材厚度降低，穿钉测试的通过率有明显降低，但通过提升铝箔基材中的铜元素含量，可使得穿钉测试的通过率进一步提升。同时对比S5-3的数据可以看出，当基材厚度与铜含量满足d×m/1000≥5时，电池的安全性能较好，如果低于该值则会导致明显的安全性能恶化。

Claims (10)

1.一种电解液，包括含氟磺酰亚胺锂盐和三腈化合物，其中，基于所述电解液的重量，所述含氟磺酰亚胺锂盐的含量为X％，所述三腈化合物的含量为Y％，满足1≤X+Y≤6。
2.根据权利要求1所述的电解液，进一步包括六氟磷酸锂，其中，基于所述电解液的重量，六氟磷酸锂的含量为Z％，其中X+Z≤7.5，且X/Z≤1。
3.根据权利要求2所述的电解液，满足以下条件(a)或(b)中的至少一者：(a)Z小于5；(b)0.8≤(X+Z)/(X+Y)≤3.5。
4.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述含氟磺酰亚胺锂盐包含双氟磺酰亚胺锂和/或双三氟甲烷磺酰亚胺锂。
5.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述三腈化合物包括式II化合物或式III化合物中的至少一种：
Figure FDA0003505865500000011
式II中，a、d和f各自独立地选自1-6的整数，b、c和e各自独立地选自0-6的整数；
式III中，g、h和i各自独立地选自0-6的整数。
6.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述三腈化合物包含1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三腈、1,2,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电解液，进一步包含式I化合物：
Figure FDA0003505865500000012
其中R1、R2、R3各自独立地选自氢、卤素、含或不含取代基的C1-C12烷基、含或不含取代基的C3-C8环烷基、含或不含取代基的C6-C12芳基，所述的取代基选自氰基、硝基、卤素和磺酰基中的至少一种，n为0至7的整数；
其中，基于所述电解液的重量，所述式I化合物的含量为A％，满足1≤A+X+Y≤7。
8.根据权利要求1所述的电解液，进一步包含锂盐添加剂，所述锂盐添加剂包含四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中的至少一种；
其中，基于所述电解液的重量，所述锂盐添加剂的含量为P％，满足0.1≤P≤2。
9.一种电化学装置，包括正极片、负极片、隔离膜以及权利要求1-8中任一项所述的电解液。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中，所述正极片包括正极集流体，所述正极集流体包括铝箔基材和包含在所述铝箔基材中的铜元素，基于所述正极集流体的重量，铜元素的含量m以ppm计，铝箔基材的厚度d的单位以μm计，满足d×m/1000≥5。
CN202180004970.7A 2021-03-30 2021-03-30 一种电解液及含有该电解液的电化学装置 Pending CN114556662A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2021/084094 WO2022204980A1 (zh) 2021-03-30 2021-03-30 一种电解液及含有该电解液的电化学装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114556662A true CN114556662A (zh) 2022-05-27

Family

ID=81669390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180004970.7A Pending CN114556662A (zh) 2021-03-30 2021-03-30 一种电解液及含有该电解液的电化学装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240021878A1 (zh)
EP (1) EP4300651A4 (zh)
CN (1) CN114556662A (zh)
BR (1) BR112023019937A2 (zh)
WO (1) WO2022204980A1 (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412417A (zh) * 2010-09-20 2012-04-11 华中科技大学 一种改善锂离子电池高温电化学性能的非水电解液及其应用
CN102738511A (zh) * 2012-01-09 2012-10-17 宁德新能源科技有限公司 锂离子电池及其电解液
CN103003457A (zh) * 2010-07-16 2013-03-27 株式会社神户制钢所 电池集电体用铝硬质箔
CN104900916A (zh) * 2015-06-26 2015-09-09 广州天赐高新材料股份有限公司 用于高容量锂离子电池的电解液、制备方法及锂离子电池
CN106505249A (zh) * 2016-12-15 2017-03-15 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池
CN109461967A (zh) * 2018-11-01 2019-03-12 江西优锂新材股份有限公司 一种高镍三元正极材料动力锂离子电池电解液及制备方法
CN110611123A (zh) * 2019-10-23 2019-12-24 东莞维科电池有限公司 一种锂离子电池电解液和锂离子电池
CN111682264A (zh) * 2020-06-05 2020-09-18 惠州锂威新能源科技有限公司 电解液添加剂、电解液和锂离子电池
CN112310483A (zh) * 2019-07-30 2021-02-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种锂离子电池
CN112467209A (zh) * 2019-09-09 2021-03-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种高低温性能兼顾的高电压锂离子电池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3933573B2 (ja) * 2002-12-26 2007-06-20 東洋アルミニウム株式会社 リチウムイオン電池の集電体用アルミニウム箔、リチウムイオン電池の集電体およびリチウムイオン電池
JP5848672B2 (ja) * 2011-06-07 2016-01-27 株式会社Uacj アルミニウム合金箔の製造方法およびアルミニウム合金箔
CN104505535B (zh) * 2014-12-29 2017-03-29 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 一种高电压锂离子电池的非水电解液
CN106340674A (zh) * 2016-11-29 2017-01-18 河南省法恩莱特新能源科技有限公司 一种三元过充电池用电解液
CN110931868B (zh) * 2019-11-27 2022-04-15 惠州锂威新能源科技有限公司 一种非水电解液及含有该电解液的锂离子电池
CN111900479A (zh) * 2020-08-21 2020-11-06 珠海冠宇电池股份有限公司 一种高温性能优异的锂离子电池

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103003457A (zh) * 2010-07-16 2013-03-27 株式会社神户制钢所 电池集电体用铝硬质箔
CN102412417A (zh) * 2010-09-20 2012-04-11 华中科技大学 一种改善锂离子电池高温电化学性能的非水电解液及其应用
CN102738511A (zh) * 2012-01-09 2012-10-17 宁德新能源科技有限公司 锂离子电池及其电解液
CN104900916A (zh) * 2015-06-26 2015-09-09 广州天赐高新材料股份有限公司 用于高容量锂离子电池的电解液、制备方法及锂离子电池
CN106505249A (zh) * 2016-12-15 2017-03-15 东莞市杉杉电池材料有限公司 一种锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池
CN109461967A (zh) * 2018-11-01 2019-03-12 江西优锂新材股份有限公司 一种高镍三元正极材料动力锂离子电池电解液及制备方法
CN112310483A (zh) * 2019-07-30 2021-02-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种锂离子电池
CN112467209A (zh) * 2019-09-09 2021-03-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种高低温性能兼顾的高电压锂离子电池
CN110611123A (zh) * 2019-10-23 2019-12-24 东莞维科电池有限公司 一种锂离子电池电解液和锂离子电池
CN111682264A (zh) * 2020-06-05 2020-09-18 惠州锂威新能源科技有限公司 电解液添加剂、电解液和锂离子电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王丁: "《锂离子电池高电压三元正极材料的合成与改性》", 31 March 2019, 冶金工业出版社, pages: 222 - 223 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4300651A1 (en) 2024-01-03
BR112023019937A2 (pt) 2024-02-06
WO2022204980A1 (zh) 2022-10-06
EP4300651A4 (en) 2024-05-08
US20240021878A1 (en) 2024-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111540945B (zh) 一种电解液及电化学装置
CN113851724B (zh) 电化学装置和电子装置
CN111430793B (zh) 电解液及使用其的电化学装置和电子装置
CN110518286B (zh) 电解液及包括电解液的电化学装置及电子装置
CN110994018B (zh) 一种电解液及电化学装置
CN111628219A (zh) 电解液和包含电解液的电化学装置及电子装置
CN111740147B (zh) 电解液和包含电解液的电化学装置
CN109830749B (zh) 一种电解液及电化学装置
WO2021223181A1 (zh) 一种电解液及电化学装置
CN112400249A (zh) 一种电解液及电化学装置
CN113078361A (zh) 一种电解液及电化学装置
CN112335090A (zh) 电解液和使用其的电化学装置
CN111697267A (zh) 电解液和包含电解液的电化学装置及电子装置
CN111477964B (zh) 一种电解液及电化学装置
CN112103561A (zh) 一种电解液及电化学装置
CN111971845A (zh) 一种电解液及电化学装置
CN112838269B (zh) 电解液及包含其的电化学装置和电子设备
WO2023078059A1 (zh) 电解液以及使用其的电化学装置和电子装置
CN113241477B (zh) 电化学装置和电子装置
CN112055910B (zh) 一种电解液及电化学装置
CN116508189A (zh) 电解液及包括其的电化学装置和电子装置
CN114556662A (zh) 一种电解液及含有该电解液的电化学装置
CN113078360B (zh) 一种电解液及包含该电解液的电化学装置
CN113889664B (zh) 电解液、电化学装置和电子装置
CN116759648B (zh) 一种电化学装置及包括其的电子装置

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