CN114976226B - 一种高温循环性能优异的电解液及含该电解液的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温循环性能优异的电解液及含该电解液的锂离子电池，包括锂盐、溶剂和添加剂，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂，四氰基硼酸锂的混合物；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合物；所述添加剂为六甲基二硅亚胺与碳酸亚乙烯酯的混合物。其中，六甲基二硅亚胺对电解液的稳定作用，可明显提升高温循环性能。本发明的高温循环性能优异的电解液能有效改善电池的高温循环性能。

Description

一种高温循环性能优异的电解液及含该电解液的锂离子电池
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种高温循环性能优异的电解液及含该电解液的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池由于具有能量密度高、质量轻、无记忆效应、绿色环保和使用寿命长等优点，被广泛应用于动力、储能、数码等领域，具有广阔的应用前景，人们对于锂离子电池的发展越来越广泛，对锂离子电池的性能及适用范围有了更高的要求。
在锂离子电池的有些应用领域或应用场景中，需要满足高温环境下的使用，而对高温循环性能好坏的影响因素中，电解液的影响较大。
现有的磷酸铁锂电池的电解液一般组成如下：锂盐是六氟磷酸锂LiPF6，溶剂是由碳酸乙烯酯EC，碳酸甲乙酯EMC，碳酸二乙酯DEC，碳酸二甲酯DMC中的几种组成，添加剂是碳酸亚乙烯酯VC。该电解液中导电锂盐LiPF6热稳定不好，高温下易分解，易产生PF5气体，PF5还会导致溶剂分解，使电池性能衰减，难于在高温下使用；且电解液中添加剂VC在正负极界面形成的保护膜，高温稳定性一般，不能满足高温环境下的使用。
综上所述，亟需对现有的锂离子电池电解液进行优化，以提高锂离子电池的高温循环性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温循环性能优异的电解液，能有效改进锂离子电池的高温循环性能。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高温循环性能优异的电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂LiPF6、双(氟磺酰)亚胺锂LiFSI、四氰基硼酸锂LiTCB的混合物，所述添加剂为六甲基二硅亚胺HMDS与碳酸亚乙烯酯VC的混合物。
优选的，所述六氟磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、四氰基硼酸锂的质量比为5-95:5-95:5-95。
优选的，所述碳酸亚乙烯酯、六甲基二硅亚胺的质量比为5-95：5-95。
优选的，所述锂盐加入量为电解液总质量的9%-17%。
优选的，所述添加剂加入量为电解液总质量的2%-5%。
优选的，所述溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲乙酯EMC的混合物。
更优选的，所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的质量比为5-95：5-95：5-95。
本发明的另一目的是提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、设置在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、以及电解液，所述正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，所述负极膜片包括负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂，所述电解液为上项所述的高温循环性能优异的电解液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）相对于现有技术中添加剂仅为碳酸亚乙烯酯VC，本发明添加剂为六甲基二硅亚胺HMDS和碳酸亚乙烯酯VC，其中HMDS具有稳定电解液的作用，HMDS中氮硅键能够与电解液中的水分和氢氟酸反应，减少水分与锂盐反应，减少氢氟酸对溶剂的催化分解和对SEI膜的破坏，即大大削弱了水分和氢氟酸这两个恶化循环的因素对电池的负面作用。
（2）本发明锂盐为六氟磷酸锂LiPF6、双(氟磺酰)亚胺锂LiFSI、四氰基硼酸锂LiTCB的混合物，其中，LiTCB能有效抑制正极的金属溶出，锂盐LiFSI和LiTCB的热稳定性均优于LiPF6，LiFSI和LiTCB作为锂盐与LiPF6混合使用，可以提高电解液整体的稳定性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种高温循环性能优异的电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，其中锂盐为质量比40：30：30的LiPF6、LiFSI、LiTCB的混合物，锂盐的总质量比为13%；溶剂为质量比为40：45：15的EC、DEC、EMC的混合物；添加剂为质量比为70：30的VC、HMDS的混合物，添加剂的总质量比为3%。
锂离子电池的制备：
将正极活性物质磷酸铁锂、导电剂炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，按照质量比95:2:3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铝箔上，经过烘干，辊压，得到正极极片；
将负极活性物质石墨、导电剂炭黑、粘结剂丁苯橡胶SBR、增稠剂羧甲基纤维素钠CMC，按照质量比95:1.5:2:1.5在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铜箔上，经过烘干，辊压，得到负极极片；
以聚乙烯PE为基膜（12μm）并在基膜上涂覆陶瓷层（4μm）作为隔膜；
将正负极片、隔膜卷绕得到裸电芯，其中隔膜位于正负极片中间，起到隔离的作用，将裸电芯装配入壳，经过烘烤后，注入上述的电解液，并经封装、陈化、化成、老化、分容等工序，得到100Ah的磷酸铁锂铝壳电池。
实施例2
一种高温循环性能优异的电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，其中锂盐为质量比40：30：30的LiPF6、LiFSI、LiTCB的混合物，锂盐的总质量比为13%；溶剂为质量比为40：45：15的EC、DEC、EMC的混合物；添加剂为质量比为50：50的VC、HMDS的混合物，添加剂的总质量比为3%。
锂离子电池的制备：
将正极活性物质磷酸铁锂、导电剂炭黑、粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，按照质量比95:2:3在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铝箔上，经过烘干，辊压，得到正极极片；
将负极活性物质石墨、导电剂炭黑、粘结剂丁苯橡胶SBR、增稠剂羧甲基纤维素钠CMC，按照质量比95:1.5:2:1.5在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铜箔上，经过烘干，辊压，得到负极极片；
以聚乙烯PE为基膜（12μm）并在基膜上涂覆陶瓷层（4μm）作为隔膜；
将正负极片、隔膜卷绕得到裸电芯，其中隔膜位于正负极片中间，起到隔离的作用，将裸电芯装配入壳，经过烘烤后，注入上述的电解液，并经封装、陈化、化成、老化、分容等工序，得到100Ah的磷酸铁锂铝壳电池。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：锂盐全为LiPF6。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：锂盐全为LiFSI。
对比例3
与实施例1的区别仅在于：锂盐全为LiTCB。
对比例4
与实施例1的区别仅在于：锂盐为质量比40:30的LiPF6、LiFSI。
对比例5
与实施例1的区别仅在于：锂盐为质量比30:30的LiFSI、LiTCB。
对比例6
与实施例1的区别仅在于：锂盐为质量比40:30的LiPF6、LiTCB。
对比例7
与实施例1的区别仅在于：添加剂为VC。
对以上实施例和对比例的电池及进行高温循环测试（温度为55℃，1C恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C，充电结束静置30min，1C恒流放电至2.5V，放电结束静置30min；按照上述步骤进行循环测试，直到容量衰减为初始容量的80%），具体的测试结果如下表所示：
备注：表格中的循环结果，以1000(80%)为例，意思是循环了1000次后，容量衰减为初始容量的80%，其他的循环结果以此类推。
由实施例1和对比例1-6知，LiFSI、LiTCB、LiPF6三种锂盐具有协同增效作用。由实施例1和对比例7可知，HMDS可明显提升高温循环性能。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高温循环性能优异的电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、四氰基硼酸锂的混合物，所述添加剂为六甲基二硅亚胺与碳酸亚乙烯酯的混合物。
2.根据权利要求1所述的高温循环性能优异的电解液，其特征在于：所述六氟磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、四氰基硼酸锂的质量比为5-95:5-95:5-95。
3.根据权利要求1所述的高温循环性能优异的电解液，其特征在于：所述六甲基二硅亚胺、碳酸亚乙烯酯的质量比为5-95：5-95。
4.根据权利要求1所述的高温循环性能优异的电解液，其特征在于：所述锂盐加入量为电解液总质量的9%-17%。
5.根据权利要求1所述的高温循环性能优异的电解液，其特征在于：所述添加剂加入量为电解液总质量的2%-5%。
6.根据权利要求1所述的高温循环性能优异的电解液，其特征在于：所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合物。
7.根据权利要求6所述的高温循环性能优异的电解液，其特征在于：所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的质量比为5-95：5-95：5-95。
8.一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、设置在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、以及电解液，所述正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、正极导电剂和正极粘结剂，所述负极膜片包括负极活性物质、负极导电剂和负极粘结剂，其特征在于：所述电解液为权利要求1至7之一所述的高温循环性能优异的电解液。
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