CN114695961A - 一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN114695961A
CN114695961A CN202210300611.2A CN202210300611A CN114695961A CN 114695961 A CN114695961 A CN 114695961A CN 202210300611 A CN202210300611 A CN 202210300611A CN 114695961 A CN114695961 A CN 114695961A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
ion battery
lithium ion
carbonate
lithium
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
CN202210300611.2A
Other languages
English (en)
Inventor
曹辉
刘婵
侯敏
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.)
Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Ruipu Energy Co 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 Shanghai Ruipu Energy Co Ltd filed Critical Shanghai Ruipu Energy Co Ltd
Priority to CN202210300611.2A priority Critical patent/CN114695961A/zh
Publication of CN114695961A publication Critical patent/CN114695961A/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

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)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池；所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含碳酰二胺类化合物
Figure DDA0003565323730000011
Figure DDA0003565323730000012
其中，R1、R2、R3和R4分别表示含1‑6个碳原子的直链烷基、支链亚烷基、不饱和烃基、环状烃基；或在直链、支链或不饱和烃基中至少部分氢被氟原子、硅基、羧酸酯基、氰基取代的基团。本发明的体系中碳酰二胺类化合物的加入，有效改善电池的高温高压循环性能。其在高压下，能优先分解形成正极保护膜，减少电解液与电极的接触，抑制电解液的氧化分解和寄生反应。

Description

一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池材料技术领域，涉及电解液，尤其涉及一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池。
背景技术
基于电动汽车对续航、加速时间和使用寿命的要求，以及储能设备对高电池容量的要求，开发具有更高能量密度和更高功率密度的锂离子电池是解决方案之一。提高锂离子电池的充电电压可以提高电池的能量密度，电解液需要具有良好的抗氧化性和稳定的电化学窗口，才能使锂离子电池在高压下保持稳定的循环。
碳酸酯类有机溶剂及六氟磷酸锂组成的电解液中，EC由于其介电常数高，溶解锂盐的能力强，因此在电解液中必不可少，常用的碳酸酯类有机溶剂，如链状碳酸酯DMC(碳酸二甲酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DEC(碳酸二乙酯)等也会作为溶剂加入来降低电解液黏度，从而提高锂离子迁移速率。然而该类电解液通常在工作电压大于4.5V时会发生分解，这是因为碳酸酯类有机溶剂的氧化电位较低，高电压下会发生氧化分解，所以会使得锂离子电池性能降低。常规电解液已不能满足高电压锂离子电池的需求。
通过在传统碳酸酯类电解液中加入添加剂，电池在循环过程中，添加剂可以优先分解形成电极保护膜，在一定程度上保护高压电极材料的完整性，提高电池性能。通常，高压电解液添加剂主要用于在正极表面形成薄膜。与电解质溶剂相比，添加剂具有较低的氧化电位。在高压下，能优先分解形成正极保护膜，减少电解液与电极的接触，抑制电解液的氧化分解和寄生反应，从而提高锂离子电池的电化学性能。起作用的添加剂有碳酸乙烯酯、噻吩及其衍生物、咪唑、酸酐、新型有机添加剂及无机添加剂。其主要机理是在充放电过程中优先聚合或分解形成电极保护膜。
通过对现有专利文献进行检索发现，专利CN111129600A虽给出了相似结构物质的添加剂，但只研究了在锂金属电池中解决锂枝晶的问题，且只在负极成膜，无法解决高压下正极表面电解液氧化分解严重的问题。专利CN109411670A给出了一种相似结构物质，作为隔离膜涂层有机胺类成分，对酸性气体CO2进行化学吸收，能明显降低电芯产气，进而一定程度二次电池高温高压下的使用寿命有所改善，但由于产物氨基碳酸类化合物在4.5V及以上高压下并不稳定，并不适用于需要较高充电电压的电池。专利CN102569880A中给出一种酰胺类化合物，通过控制电解液的酸度，抑制Mn2+的溶出，从而提高锰酸锂电池的循环寿命和高温存储性能，无法解决高压下正极表面电解液氧化分解严重的问题。专利CN109786838A给出了一种相似结构的物质，能有效的改善电压平台为4.2V的三元NCM622锂电池高温高压性能，但未见应用于更高压领域，且其结构中酰胺键上的氢较易解离成氢离子，参与到电池内部反应中，引起意想不到的结果，不能在更高压的条件下保持锂电池的性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池；该电解液具有很好的浸润性能有效改善电池的高温高压循环性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种锂离子电池用电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含碳酰二胺类化合物。
作为本发明的一个实施方案，所述碳酰二胺类化合物如式(I)所示：
Figure BDA0003565323720000021
其中，R1、R2、R3和R4分别表示含1-6个碳原子的直链烷基、支链亚烷基、不饱和烃基或环状烃基；或，R3或R4与N原子成环；或在直链、支链或不饱和烃基中至少部分氢被氟原子、硅基、羧酸酯基或氰基取代的基团。
作为本发明的一个实施方案，式(I)所示化合物选自以下化合物：
Figure BDA0003565323720000022
作为本发明的一个实施方案，式(I)所示碳酰二胺类化合物占电解液质量的0.5-5％。
作为本发明的一个实施方案，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiODFB、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2中的一种或多种。
作为本发明的一个实施方案，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5-2M。例如1-1.5M、0.5-1M、1.5-2M。
作为本发明的一个实施方案，所述有机溶剂包括链状碳酸酯；所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸乙烯酯(EC)中的一种或多种。
作为本发明的一个实施方案，所述有机溶剂在电解液中的质量百分比为20-40％。
作为本发明的一个实施方案，所述添加剂还包括三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3丙烷磺内酯(PS)、碳酸亚乙酯(VC)、硫酸乙烯酯(DTD)、二氟磷酸锂中的一种或多种。
作为本发明的一个实施方案，每种添加剂在电解液中的质量百分比为0.5-5％。
本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包含前述的锂离子电池用电解液。
作为本发明的一个实施方案，所述锂离子电池正极为LiCoO2，充电截止电压为4.5V-4.6V。
作为本发明的一个实施方案，所述锂离子电池正极为LiCoO2，充电截止电压为4.55V。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)在本发明的体系中，碳酰二胺类化合物在高压下，能优先分解形成正极保护膜，减少电解液与电极的接触，抑制电解液的氧化分解和寄生反应；
2)本发明的体系中碳酰二胺类化合物的加入，有效改善电池的高温高压循环性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种锂电池电解液，其配方组成见表1，制备方法包括如下步骤：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量3：2：5的比例进行混合，然后向混合溶剂中加入质量分数0.5％的碳酰二胺类化合物(1)；然后加入1.1M六氟磷酸锂进行溶解。之后，向电解液中加入质量分数为1％的碳酸亚乙烯酯(VC)、和0.8％的二氟磷酸锂(LiPO2F2)、1％的硫酸乙烯酯(DTD)，另加0.5％的三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)。
将配制好的锂离子电池用电解液注入到经过充分干燥的4.55V的LiCoO2/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口等工序后，进行电池性能测试，得到实施例1所用的电池。
实施例2-8
实施例2-8涉及一种锂电池电解液，其配方组成见表1，制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例涉及一种锂电池电解液，其配方组成见表1，制备方法包括如下步骤：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量3：2：5的比例进行混合，然后加入1.1M六氟磷酸锂进行溶解。之后，向电解液中加入质量分数为1％的碳酸亚乙烯酯(VC)、和0.8％的二氟磷酸锂(LiPO2F2)、1％的硫酸乙烯酯(DTD)，另加0.5％的三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)。
将配制好的电解液注入到经过充分干燥的4.55V的LiCoO2/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口等工序后，进行电池性能测试，得到对比例1所用电池。
对比例2-5
本对比例2-5涉及一种锂电池电解液，其配方组成见表1，制备方法包括如下步骤：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量3：2：5的比例进行混合，然后向混合溶剂中加入化合物
Figure BDA0003565323720000041
然后加入1.1M六氟磷酸锂进行溶解。之后，向电解液中加入质量分数为1％的碳酸亚乙烯酯(VC)、和0.8％的二氟磷酸锂(LiPO2F2)、1％的硫酸乙烯酯(DTD)，另加0.5％的三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)。
将配制好的电解液注入到经过充分干燥的4.55V的LiCoO2/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口等工序后，进行电池性能测试，得到对比例2-5所用电池。
对比例6-9
本对比例6-9涉及一种锂电池电解液，其配方组成见表1，制备方法包括如下步骤：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量3：2：5的比例进行混合，然后向混合溶剂中加入化合物
Figure BDA0003565323720000051
然后加入1.1M六氟磷酸锂进行溶解。之后，向电解液中加入质量分数为1％的碳酸亚乙烯酯(VC)、和0.8％的二氟磷酸锂(LiPO2F2)、1％的硫酸乙烯酯(DTD)，另加0.5％的三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)。
将配制好的电解液注入到经过充分干燥的4.55V的LiCoO2/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口等工序后，进行电池性能测试，得到对比例6-9所用电池。
表1、各实施例和对比例电解液配方
Figure BDA0003565323720000052
Figure BDA0003565323720000061
锂离子电池性能测试
1.常温循环性能
在常温(25℃)条件下，将上述锂离子电池0.5C恒流恒压充至4.55V，然后1.0C恒流放电至3.0V。充放电500个循环后，计算第500次循环后的容量保持率。
2.高温循环性能
在高温(45℃)条件下，将上述锂离子电池1C恒流恒压充至4.55V，然后1C恒流放电至3.0V。充放电500个循环后，计算第500次循环后的容量保持率，及厚度变化率。
3.高温存储性能
在常温(25℃)条件下，对锂离子电池进行一次0.5C/1C充放电(放电容量记为DC0)，然后在1C恒流恒压条件下将电池充至4.55V满电；将锂离子电池(100％SOC)置于65℃高温箱中保存7天，取出后，在常温条件下进行1C放电(放电容量记为DC1)；然后再进行0.5C/1C充放电(放电容量记为DC2)，计算容量保持率和容量恢复率。
Figure BDA0003565323720000071
Figure BDA0003565323720000081
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种锂离子电池用电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含碳酰二胺类化合物。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述碳酰二胺类化合物如式(I)所示：
Figure FDA0003565323710000011
其中，R1、R2、R3和R4分别表示含1-6个碳原子的直链烷基、支链亚烷基、不饱和烃基或环状烃基；或，R3或R4与N原子成环；或在直链、支链或不饱和烃基中至少部分氢被氟原子、硅基、羧酸酯基或氰基取代的基团。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，式(I)所示化合物选自以下化合物：
Figure FDA0003565323710000012
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述碳酰二胺类化合物占电解液质量的0.5-5％。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiODFB、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5-2M。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括链状碳酸酯；所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述添加剂还包括三(三甲基硅烷)磷酸酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3丙烷磺内酯、碳酸亚乙酯、硫酸乙烯酯、二氟磷酸锂中的一种或多种；每种添加剂在电解液中的质量百分比为0.5-5％。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含权利要求1-8中任一项所述的锂离子电池用电解液。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池正极为LiCoO2，充电截止电压为4.5V-4.6V。
CN202210300611.2A 2022-03-25 2022-03-25 一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池 Pending CN114695961A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210300611.2A CN114695961A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210300611.2A CN114695961A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114695961A true CN114695961A (zh) 2022-07-01

Family

ID=82138545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210300611.2A Pending CN114695961A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种锂离子电池用电解液及使用该电解液的锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114695961A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001052740A (ja) * 1999-06-02 2001-02-23 Mitsui Chemicals Inc 非水電解液およびそれを用いたリチウム二次電池
JP2002270228A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Sony Corp 電 池
WO2008094206A2 (en) * 2006-08-04 2008-08-07 Yardney Technical Products Inc. Lithium-ion battery with improved self-discharge characteristics
US20150340736A1 (en) * 2012-06-19 2015-11-26 Sk Innovation Co., Ltd. Electrolyte Including Additives for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising Same
JP2020030937A (ja) * 2018-08-22 2020-02-27 株式会社豊田自動織機 電解液
CN110911750A (zh) * 2019-12-03 2020-03-24 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电解液、添加剂及该添加剂的制备方法
CN112467219A (zh) * 2020-12-03 2021-03-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电解液及包括该电解液的锂离子电池
CN113764740A (zh) * 2021-07-16 2021-12-07 厦门大学 一种电池的电解液

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001052740A (ja) * 1999-06-02 2001-02-23 Mitsui Chemicals Inc 非水電解液およびそれを用いたリチウム二次電池
JP2002270228A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Sony Corp 電 池
WO2008094206A2 (en) * 2006-08-04 2008-08-07 Yardney Technical Products Inc. Lithium-ion battery with improved self-discharge characteristics
US20150340736A1 (en) * 2012-06-19 2015-11-26 Sk Innovation Co., Ltd. Electrolyte Including Additives for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising Same
JP2020030937A (ja) * 2018-08-22 2020-02-27 株式会社豊田自動織機 電解液
CN110911750A (zh) * 2019-12-03 2020-03-24 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电解液、添加剂及该添加剂的制备方法
CN112467219A (zh) * 2020-12-03 2021-03-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电解液及包括该电解液的锂离子电池
CN113764740A (zh) * 2021-07-16 2021-12-07 厦门大学 一种电池的电解液

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109818064B (zh) 一种高温高电压非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池
CN109802178B (zh) 一种含硅溶剂和磺酸酯类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN109994776B (zh) 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
EP4040560A1 (en) Electrolyte additive, use thereof and non-aqueous electrolyte containing additive
CN111211353A (zh) 一种用于高电压体系的锂离子电池电解液
CN110828893A (zh) 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN112768765A (zh) 含硫酸酯锂盐添加剂的高电压电解液及含该电解液的锂离子电池
CN115732759A (zh) 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN111477959A (zh) 一种电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池
CN109786830B (zh) 一种含硅溶剂和噻吩类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN111200165A (zh) 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池
CN112038696B (zh) 一种高电压电解液及包括该高电压电解液的锂离子电池
CN112271335A (zh) 一种适用于高镍正极材料的锂离子电池的电解液和锂离子电池
CN115332637B (zh) 一种高锂盐浓度电解液及其在锂离子电池中的使用方法
CN111129664A (zh) 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池
CN111129589A (zh) 一种三元高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池
CN113889667B (zh) 一种适配可快充钴酸锂电池的高电压电解液及其应用
CN113381069B (zh) 一种高温循环稳定的锂离子电池电解液和锂离子电池
CN115207472A (zh) 一种电解液、制备方法及包含其的锂离子电池
CN110858665A (zh) 一种锂离子电池电解液及其应用
CN112186253B (zh) 一种锂离子电池非水电解液以及锂离子电池
CN111430800B (zh) 电解液添加剂及应用、包括该添加剂的非水电解液和电池
CN111244550B (zh) 用于高镍体系的锂离子电池电解液添加剂及电解液和电池
CN113921904A (zh) 电解液和锂二次电池
CN109802177B (zh) 一种含硅溶剂和吡啶类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池

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