CN115172876A - 锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池 - Google Patents

锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN115172876A
CN115172876A CN202210715044.7A CN202210715044A CN115172876A CN 115172876 A CN115172876 A CN 115172876A CN 202210715044 A CN202210715044 A CN 202210715044A CN 115172876 A CN115172876 A CN 115172876A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
electrolyte
lithium ion
ion battery
substituted
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
CN202210715044.7A
Other languages
English (en)
Inventor
杨天翔
王芳
伊竟广
胡骥
常美佳
李文涵
徐可心
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.)
Luoyang Institute of Science and Technology
Original Assignee
Luoyang Institute of Science and Technology
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 Luoyang Institute of Science and Technology filed Critical Luoyang Institute of Science and Technology
Priority to CN202210715044.7A priority Critical patent/CN115172876A/zh
Publication of CN115172876A publication Critical patent/CN115172876A/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
    • 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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池，所述电解液添加剂的结构式为
Figure DDA0003709139620000011
其中R1选自取代或未取代的C1‑C5烷基，取代基为卤素或三氟甲基；R2选自取代或未取代的C1‑C5烷基、取代或未取代的C2‑C5的烯基、取代或未取代的C2‑C5的炔基、取代或未取代的硅基中的至少一种，其中，取代基为卤素或氰基或烯烃基或炔基。本发明在电解液中添加磺酰氟类添加剂，可以降低电池的阻抗，提高电池在高倍率下的性能和循环寿命，显著改善锂离子电池的快充和高低温性能，减少其它类型添加剂的联合使用，降低电解液和电池成本，表现出良好的实用性和经济价值。

Description

锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离 子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池的电解液领域，具体涉及一种含磺酰氟的添加剂及含该添加剂的电解液。
背景技术
锂离子电池自商业化以来，由于其具有高的能量密度、优异的循环寿命和低的自放电率等优势被广泛地应用于人们日常的生产与生活中。同时，锂离子电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域广泛应用的重要基础。特别地，这些特定领域的需求对锂离子电池的能量密度、循环寿命、宽温区适用性、快充能力以及安全性等各个方面提出了更高的要求。
电解液作为锂离子电池的“血液”系统，与正负极和隔膜之间都有接触，是正负极之间进行传输锂离子的重要媒介，并与电池的性能息息相关。特别地，锂离子电池的电化学性能与电极/电解液的界面性质是密切相关的，而通过电解液添加剂对电极的界面化学组分和性质进行修饰是简单且高效的手段。通过电解液添加剂的设计优化不但可以提高电池的循环寿命，而且还可以改善电池的高低温性能。
目前大多数的添加剂在电池中通常表现出高的阻抗，导致不能同时兼顾电池的快充和高低温性能。需要考虑的是，电池在充电过程中的产热量与电池的内阻相关。电池的内阻越高，电池在高倍率的快充过程中产生的热量也就越多，电池的使用安全性就会随之降低。因此要保证电池在尽可能安全的条件下进行快充，就必须使用低阻抗的添加剂以降低电池自身的阻抗，减少电池在快充过程中的产热量。此外，低的电池阻抗也有利于锂离子的快速传输，促使电池容量的发挥，改善电池在高倍率以及低温下的电化学性能，并能够提高电池的循环寿命。更为重要的是，具有多功能添加剂的开发使用可以减少其它功能添加的搭配使用，在兼顾性能的同时进一步降低电解液和电池的成本。
因此，基于上述考虑，有必要开发一种具有多功能的锂离子电池电解液添加剂及含该添加剂的电解液，该添加剂可以降低电池自身的阻抗，同时兼顾电池在快充、循环寿命和高低温环境下的性能，并能够降低电解液和电池的成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池，通过在电解液中添加磺酰氟类添加剂，可以降低电池的阻抗，提高电池在高倍率下的性能和循环寿命，显著改善锂离子电池的快充和高低温性能，同时减少其它类型添加剂的联合使用，降低电解液和电池成本，表现出良好的实用性和经济价值。
本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种锂离子电池电解液添加剂，其具有如式Ⅰ所示的结构式：
Figure RE-GDA0003791249500000021
其中R1选自取代或未取代的C1-C5烷基，取代基为卤素或三氟甲基；R2选自取代或未取代的C1-C5烷基、取代或未取代的C2-C5的烯基、取代或未取代的C2-C5的炔基、取代或未取代的硅基中的至少一种，其中，取代基为卤素或氰基或烯烃基或炔基。
优选地，所述锂离子电池电解液添加剂可以选自如下化合物式A-式L中的至少一种：
Figure RE-GDA0003791249500000022
本发明同时提供一种锂离子电池电解液，该电解液包括非水系有机溶剂、导电锂盐、前述的电解液添加剂和第二添加剂；以重量百分数计，所述非水系有机溶剂、导电锂盐、电解液添加剂、第二添加剂的百分含量依次为：65％-90％、 9％-25％、0.1％-5％、0％-5％。
所述的电解液添加剂具有如式Ⅰ所示的结构式：
Figure RE-GDA0003791249500000031
其中R1选自取代或未取代的C1-C5烷基，取代基为卤素或三氟甲基；R2选自取代或未取代的C1-C5烷基、取代或未取代的C2-C5的烯基、取代或未取代的C2-C5的炔基、取代或未取代的硅基中的至少一种，其中，取代基为卤素或氰基或烯烃基或炔基。
作为进一步优选，所述的电解液添加剂可以选自如下化合物式A-式L中的至少一种：
Figure RE-GDA0003791249500000032
优选地，所述导电锂盐在非水系有机溶剂中的摩尔浓度为0.8-2.0mol/L。
优选地，所述非水系有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ- 戊内酯、1,3-二氧戊环、1,4-二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、正丁酸甲酯、正丁酸乙酯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚以及它们相应地部分或全部氟取代的氟化物中的一种或几种的混合。
优选地，所述导电锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟双草酸磷酸锂(LiODFP)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双(五氟乙基磺酰) 亚胺锂(LiBETI)、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、三(五氟乙基磺酰)甲基锂或三氟甲磺酸锂中的一种或几种的混合。
优选地，所述第二添加剂选自1,3-丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,3- 丙烯磺酸内酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯中的一种或几种混合。
本发明还提供一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、隔膜和如前所述的锂离子电池电解液；所述锂离子电池电解液包括非水系有机溶剂、导电锂盐、电解液添加剂和第二添加剂；以重量百分数计，所述非水系有机溶剂、导电锂盐、电解液添加剂、第二添加剂的百分含量依次为：65％-90％、9％-25％、 0.1％-5％、0％-5％。
所述的电解液添加剂具有如式Ⅰ所示的结构式：
Figure RE-GDA0003791249500000041
其中R1选自取代或未取代的C1-C5烷基，取代基为卤素或三氟甲基；R2选自取代或未取代的C1-C5烷基、取代或未取代的C2-C5的烯基、取代或未取代的 C2-C5的炔基、取代或未取代的硅基中的至少一种，其中，取代基为卤素或氰基或烯烃基或炔基。
所述的正极片包括正极集流体、正极活性材料、导电剂和粘结剂；负极片包括负极集流体、负极活性材料、导电剂和粘结剂。
优选地，所述正极集流体的材质至少包括铝，正极活性材料可以选自锂的过渡金属氧化物，至少包括LiMO2(M＝Ni，Co，Mn)、LiMn2O4、LiMPO4(M＝Fe， Mn，Co)、LiNixCoyM1-x-yO2(0≤x，y≤1且x+y≤1；M＝Mg、Al、Ca、Sc、Ti、V、 Cr、Mn、Fe、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Ba或稀土元素中的一种或几种混合)中的一种或几种混合。
优选地，所述负极集流体的材质至少包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、碳布中的一种或两种或多种的复合物；所述的负极活性材料可以选自石墨、中间相碳微球、Si、SiOx(0<x<2)、硅碳材料、钛酸锂、锂金属、锂合金中的一种或几种混合。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明一种锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：
本发明的电解液中包含磺酰氟类添加剂，磺酰氟类添加剂可以优先在正负极表面分解形成稳定的界面膜，分解所形成的含硫界面组分有利于锂离子传输，可以降低电池阻抗，提高电池在高倍率下的性能和长期循环寿命。正极表面形成的界面层可以阻止电解液与正极活性材料之间的副反应，减少过渡金属离子的溶出，抑制电池在高温下的产气，提高电池在高温下的电化学性能。本发明添加剂的应用可以显著改善锂离子电池的快充和高低温性能，减少其它类型添加剂的联合使用，降低电解液和电池的成本，表现出良好的实用性和经济价值。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。因此，以下对实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的范围，而是仅仅表示本发明选定的实施例。基于本发明的实施例，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。
为了降低锂离子电池自身阻抗，同时使锂离子电池兼顾电池在快充、循环寿命和低温环境下的性能，降低电池成本，本发明提供一种锂离子电池用的非水电解液，该非水电解液包括非水系有机溶剂、导电锂盐、磺酰氟类电解液添加剂和第二添加剂。
其中，非水系有机溶剂可以选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,3-二氧戊环、1,4-二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、正丁酸甲酯、正丁酸乙酯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚以及它们相应地部分或全部氟取代的氟化物中的一种或几种的混合。
导电锂盐可以选自六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟双草酸磷酸锂(LiODFP)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂 (LiBETI)、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、三(五氟乙基磺酰)甲基锂或三氟甲磺酸锂中的一种或几种的混合。
磺酰氟类电解液添加剂具有结构式如式Ⅰ所示的化合物：
Figure RE-GDA0003791249500000061
其中，R1选自取代或未取代的C1-C5烷基，取代基为卤素或三氟甲基；R2选自取代或未取代的C1-C5烷基、取代或未取代的C2-C5的烯基、取代或未取代的C2-C5的炔基、取代或未取代的硅基(比如：三甲基硅基、三乙基硅基、三乙烯基硅基)中的至少一种，其中，取代基为卤素或氰基或烯烃基或炔基。
优选地，式Ⅰ所示的化合物可以选自如下化合物式A-式L中的至少一种：
Figure RE-GDA0003791249500000062
所述第二添加剂可以选自1,3-丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,3-丙烯磺酸内酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯中的一种或几种混合。
优选地，非水系有机溶剂的重量百分数为65％-90％；所述导电锂盐的重量百分数为9％-25％，导电锂盐在非水系有机溶剂中的摩尔浓度为0.8-2.0mol/L；所述磺酰氟类电解液添加剂的重量百分数为0.1％-5％；第二添加剂的重量百分数为0％-5％。
基于上述电解液，本发明还提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和如前所述的非水电解液，所述的正极片包括正极集流体、正极活性材料、导电剂和粘结剂；负极片包括负极集流体、负极活性材料、导电剂和粘结剂。
优选地，正极集流体的材质为具有高导电性且不引起电池中不利化学变化的物质，包括但不限于铝。
优选地，正极活性材料可以选自锂的过渡金属氧化物，包括LiMO2(M＝Ni， Co，Mn)、LiMn2O4、LiMPO4(M＝Fe，Mn，Co)、LiNixCoyM1-x-yO2(0≤x,y≤1 且x+y≤1)；其中M＝Mg、Al、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Ga、Y、Zr、 Nb、Mo、Sn、Ba或稀土元素中的一种或几种混合。
优选地，所述负极集流体的材质为具有高导电性且不引起电池中不利化学变化的物质，包括但不限于铜、不锈钢、铝、镍、钛、碳布中的一种或它们中的两种或多种形成的合金或通过电镀形成的具有镀层的复合物。
优选地，负极活性材料选自石墨、中间相碳微球、Si、SiOx(0<x<2)、硅碳材料、钛酸锂、锂金属、锂合金中的一种或几种混合。
所述隔膜包括多孔聚合物膜、无纺布或在多孔聚合物膜、无纺布表面涂覆二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、勃姆石等陶瓷形成的基底膜。所述的多孔聚合物膜由聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等聚烯烃类聚合物制备而成，所述的无纺布由聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等制备而成。
该锂离子电池采用的电解液中包含磺酰氟类添加剂，磺酰氟类添加剂可以优先在正负极表面分解形成稳定的界面膜，分解所形成的含硫界面组分有利于锂离子传输，可以降低电池阻抗，提高电池在高倍率下的性能和长期循环寿命。正极表面形成的界面层可以阻止电解液与正极活性材料之间的副反应，减少过渡金属离子的溶出，抑制电池在高温下的产气，提高电池在高温下的电化学性能。该添加剂的应用可以显著改善锂离子电池的快充和高低温性能，减少其它类型添加剂的联合使用，降低电解液和电池的成本，表现出良好的实用性和经济价值。
下面以具体实施例详细说明，下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
电解液的配制
在充满氩气的手套箱中(水分、氧气含量<1ppm)，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按质量比为3:5:2混合均匀形成非水系有机溶剂，再缓慢地向其中加入六氟磷酸锂，使六氟磷酸锂在非水系有机溶剂中的浓度为1mol/L，最后加入式B所示化合物，其中，六氟磷酸锂和式B所示化合物所占的质量百分数分别为12.5wt.％和0.5wt.％，余量为非水系有机溶剂，混合均匀后得到电解液。
锂离子电池的制备
将LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)正极活性材料、聚偏氟乙烯粘结剂、乙炔黑导电剂、碳纳米管导电剂按照重量比97:1.5:1.0:0.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机中搅拌混合形成均一流动性的正极浆料；将正极浆料均匀地涂覆于铝箔上并于100℃的真空烘箱干燥12h，然后经过辊压、分切得到正极片。按照质量比石墨：羧甲基纤维素钠(CMC-Na)：丁苯橡胶(SBR)：乙炔黑＝97:1:1:1进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料；将负极浆料均匀地涂覆铜箔上并于100℃的真空烘箱干燥12h，然后经过辊压、分切得到负极片。将制备好的正极极片、负极极片与PP隔膜组装成电芯，并将该电芯在85℃的真空干燥箱烘烤48h后转移至手套箱注电解液。注液后的锂离子电池经过静置、化成、整形、分容等步骤后进行相应地电化学测试。
实施例2
电解液的配制
在充满氩气的手套箱中(水分、氧气含量<1ppm)，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按质量比为3:5:2混合均匀形成非水系有机溶剂，再缓慢地向其中加入六氟磷酸锂，使六氟磷酸锂在非水系有机溶剂中的浓度为1mol/L，最后加入式C所示化合物和三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)，其中，六氟磷酸锂、式C所示化合物、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)所占的质量百分数分别为12.5wt.％、0.5wt.％、0.5wt.％，余量为非水系有机溶剂，混合均匀后得到电解液。
锂离子电池的制备
锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同。
实施例3
电解液的配制
在充满氩气的手套箱中(水分、氧气含量<1ppm)，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯按质量比为3:7混合均匀形成非水系有机溶剂，再缓慢地向其中加入六氟磷酸锂，使六氟磷酸锂在非水系有机溶剂中的浓度为1mol/L，最后加入式H所示化合物、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)和甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)，其中，六氟磷酸锂、式H所示化合物、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)所占的质量百分数分别为12.5wt.％、0.5wt.％、0.5wt.％、1wt.％，余量为非水系有机溶剂，混合均匀后得到电解液。
锂离子电池的制备
锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同。
实施例4
电解液的配制
在充满氩气的手套箱中(水分、氧气含量<1ppm)，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯按质量比为3:7混合均匀形成非水系有机溶剂，再缓慢地向其中加入六氟磷酸锂，使六氟磷酸锂在非水系有机溶剂中的浓度为1mol/L，最后加入式G所示化合物和甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)，其中，六氟磷酸锂、式G所示化合物、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)所占的质量百分数分别为12.5wt.％、0.5wt.％、1 wt.％，余量为非水系有机溶剂，混合均匀后得到电解液。
锂离子电池的制备
锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同。
实施例5
电解液的配制
在充满氩气的手套箱中(水分、氧气含量<1ppm)，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯按质量比为3:7混合均匀形成非水系有机溶剂，再缓慢地向其中加入六氟磷酸锂，使六氟磷酸锂在非水系有机溶剂中的浓度为1mol/L，最后加入式K所示化合物，其中，六氟磷酸锂、式K所示化合物所占的质量百分数分别为12.5wt.％、 1wt.％，余量为非水系有机溶剂，混合均匀后得到电解液。
锂离子电池的制备
锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同。
实施例6
电解液的配制
在充满氩气的手套箱中(水分、氧气含量<1ppm)，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯按质量比为3:7混合均匀形成非水系有机溶剂，再缓慢地向其中加入六氟磷酸锂，使六氟磷酸锂在非水系有机溶剂中的浓度为1mol/L，最后加入式K所示化合物和1,3-丙烯磺酸内酯(PES)，其中，六氟磷酸锂、式K所示化合物、1,3- 丙烯磺酸内酯(PES)所占的质量百分数分别为12.5wt.％、1wt.％、1wt.％，余量为非水系有机溶剂，混合均匀后得到电解液。
锂离子电池的制备
锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同
对比例1
参考本发明实施例1，不同之处在于，该对比例电解液中的添加剂为0.5wt.％的碳酸亚乙酯(VC)。锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同。
对比例2
参考本发明实施例2，不同之处在于，该对比例的电解液中只添加1wt.％的三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)。锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同。
对比例3
参考本发明实施例4，不同之处在于，该对比例的电解液中只添加1.5wt.％的甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)。锂离子电池的制备工艺流程与实施例1的相同。
对实施例1-6和对比例1-3所制备的电池进行如下性能测试：
阻抗测试：采用电化学工作站对分容后的电池进行阻抗测试，频率范围为 0.01-105Hz，获得电池的总阻抗值。
低温性能测试：将实施例1-6和对比例1-3所得的锂离子电池在室温下以1C 倍率循环3圈，即获得电池在1C下的放电容量，然后在1C的倍率下将电池充至满电。将满电状态下的电池于-20℃下搁置4h后以0.5C倍率进行放电，低温放电容量保持率＝低温下的放电容量/常温下的1C放电容量；在-10℃ 0.2C倍率下进行充放电循环测试，用第50圈放电容量/首圈放电容量得到低温循环容量保持率。记录结果如表1所示。
高温性能测试：将满电状态的电池放置在60℃高温烘箱中存储7d后，然后将电池在常温下进行循环恢复，高温残余容量保持率＝存储后常温恢复的首次放电容量/存储前的1C放电容量，高温容量恢复率＝高温存储后常温恢复的第5 圈放电容量/存储前的1C放电容量；在45℃ 1C倍率下进行充放电循环测试，用第500圈放电容量/首圈放电容量得到高温循环容量保持率。记录结果如表1 所示。
倍率性能测试：将电池在常温下以5C倍率充放电循环5圈，即获得5C容量保持率＝第五圈放电容量/常温下的1C放电容量。记录结果如表1所示。
表1为实施例1-6和对比例1-3的性能测试结果
Figure RE-GDA0003791249500000101
通过以上数据可以看出，在电解液中添加结构式如式I所示的化合物可以显著提高电池在高倍率下的容量保持率，即可以提高电池的快充性能。并且该磺酰氟类添加剂还可以改善电池的低温放电性能、高温存储性能和高温循环稳定性。此外，该添加剂与第二添加剂II搭配使用可以进一步改善电池在高低温和高倍率下的电化学性能。因此使用本发明的电解液所制备的锂离子电池可以表现出更优的低温放电和低温循环性能、且在高倍率下可以获得更高的容量保持率以及出色的高温存储和高温循环性能，具有极高的应用前景。
以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电解液添加剂：其特征在于其结构式如式Ⅰ所示：
Figure FDA0003709139600000011
其中R1选自取代或未取代的C1-C5烷基，取代基为卤素或三氟甲基；R2选自取代或未取代的C1-C5烷基、取代或未取代的C2-C5的烯基、取代或未取代的C2-C5的炔基、取代或未取代的硅基中的至少一种，其中，取代基为卤素或氰基或烯烃基或炔基。
2.如权利要求1所述的锂离子电池电解液添加剂，其特征在于选自如下化合物式A-式L中的至少一种：
Figure FDA0003709139600000012
3.一种锂离子电池电解液，其特征在于包括非水系有机溶剂、导电锂盐、权利要求1或2所述的电解液添加剂、第二添加剂；以重量百分数计，所述非水系有机溶剂、导电锂盐、电解液添加剂、第二添加剂的百分含量依次为：65％-90％、9％-25％、0.1％-5％、0％-5％。
4.如权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于导电锂盐在非水系有机溶剂中的摩尔浓度为0.8-2.0mol/L。
5.如权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于非水系有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,3-二氧戊环、1,4-二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、正丁酸甲酯、正丁酸乙酯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚以及它们相应地部分或全部氟取代的氟化物中的一种或几种的混合。
6.如权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于导电锂盐选自六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、六氟锑酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、三(五氟乙基磺酰)甲基锂或三氟甲磺酸锂中的一种或几种的混合。
7.如权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于第二添加剂选自1,3-丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,3-丙烯磺酸内酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯中的一种或几种混合。
8.一种锂离子电池，其特征在于包括正极片、负极片、隔膜和权利要求3-7任一所述的锂离子电池电解液；所述锂离子电池电解液包括非水系有机溶剂、导电锂盐、电解液添加剂和第二添加剂；所述的正极片包括正极集流体、正极活性材料、导电剂和粘结剂；负极片包括负极集流体、负极活性材料、导电剂和粘结剂；
所述电解液添加剂具有以下结构式：
Figure FDA0003709139600000021
其中R1选自取代或未取代的C1-C5烷基，取代基为卤素或三氟甲基；R2选自取代或未取代的C1-C5烷基、取代或未取代的C2-C5的烯基、取代或未取代的C2-C5的炔基、取代或未取代的硅基中的至少一种，其中，取代基为卤素或氰基或烯烃基或炔基。
9.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于正极集流体的材质至少包括铝，正极活性材料选自锂的过渡金属氧化物，至少包括LiMO2(M＝Ni，Co，Mn)、LiMn2O4、LiMPO4(M＝Fe，Mn，Co)、LiNixCoyM1-x-yO2(0≤x，y≤1且x+y≤1；M＝Mg、Al、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Ba或稀土元素中的一种或几种混合)。
10.如权利要求8或9所述的锂离子电池，其特征在于所述负极集流体的材质至少包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、碳布中的一种或两种或多种的复合物；
所述的负极活性材料选自石墨、中间相碳微球、Si、SiOx(0<x<2)、硅碳材料、钛酸锂、锂金属、锂合金中的一种或几种混合。
CN202210715044.7A 2022-06-23 2022-06-23 锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池 Pending CN115172876A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210715044.7A CN115172876A (zh) 2022-06-23 2022-06-23 锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210715044.7A CN115172876A (zh) 2022-06-23 2022-06-23 锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115172876A true CN115172876A (zh) 2022-10-11

Family

ID=83487996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210715044.7A Pending CN115172876A (zh) 2022-06-23 2022-06-23 锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115172876A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116344916A (zh) * 2023-05-29 2023-06-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂二次电池和用电装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116344916A (zh) * 2023-05-29 2023-06-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂二次电池和用电装置
CN116344916B (zh) * 2023-05-29 2023-09-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂二次电池和用电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111082138B (zh) 用于锂二次电池的电解液和包括其的锂二次电池
KR102477644B1 (ko) 전해질 첨가제 및 이를 포함하는 리튬 이차전지용 비수전해액
CN109088099B (zh) 一种兼顾高低温性能的磺酰类电解液添加剂及含该添加剂的电解液
JP2023043812A (ja) リチウムイオン電池の非水電解液及びその使用
CN111048831B (zh) 用于二次电池的电解液以及包含电解液的锂二次电池
CN111525190B (zh) 电解液及锂离子电池
CN110931865A (zh) 含新型添加剂的锂离子电池用电解液及锂离子电池
CN113066975B (zh) 锂离子电池
KR20150011234A (ko) 리튬 이차 전지용 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN110416611B (zh) 一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN111370764B (zh) 非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池
CN111477961B (zh) 一种锂离子电池非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池
CN115172876A (zh) 锂离子电池电解液添加剂、非水电解液及含该电解液的锂离子电池
CN111883834A (zh) 一种非水锂离子电池电解液添加剂、包含其的电解液以及锂离子电池
CN112186254A (zh) 一种含二氟草酸磷酰亚胺锂的电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN116323628B (zh) 化合物、包含该化合物的二次电池用电解液和包含该电解液的二次电池
CN118156614A (zh) 锂二次电池
CN113130999B (zh) 一种锂离子电池电解液和锂离子电池
CN111883833B (zh) 一种锂离子电池非水电解液、以及包含其的锂离子电池
CN110247116B (zh) 一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN110416609B (zh) 一种锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池
CN114400375A (zh) 电解液、电化学装置及电子装置
CN114447434A (zh) 用于锂二次电池的电解液及包括其的锂二次电池
CN115010758A (zh) 双草酸磷酸盐衍生物及其制备方法、电解液、二次电池
KR20210074150A (ko) 이미노디아세토니트릴 첨가제, 이를 포함하는 리튬 이차전지 전해액 및 리튬 이차전지

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