CN116454392A - 一种锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池 - Google Patents

一种锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池,本发明所提供的电解液包括非对称氟代烷烃化合物A,所述非对称氟代烷烃化合物A的C原子个数为3‑4且C链末端含有H原子。本发明所提供的电解液在低温环境条件中下较低的粘度和较高的电导率,同时还具有较高的电化学窗口,与石墨及SiC负极材料兼容较好,对首效和循环性能基本没有影响,能够有效地提高锂离子电池的低温放电容量、倍率性能和耐高电压性能。

Description

一种锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,具体涉及一种锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池。
背景技术
近年来,锂离子二次电池由于具有高比能量、寿命长、轻量化、薄膜化及小体积等特点已在便携式电子产品和电动汽车等领域广泛应用。同时,近年来锂离子电池在航空航天、极地科考等特殊领域的应用也受到了广泛关注,这些特殊应用场景对锂离子电池的低温性能提出了更高的要求。然而,锂离子电池在低温下使用存在容量衰减严重、循环倍率性能差、充电时间变长、析锂等问题,如商用锂离子电池在-20 ℃只能放出室温容量的30 %右,难以满足其在特殊领域的应用,因此锂离子电池的低温性能亟待进一步提高以满足其在特殊领域的应用需求。
研究发现,低温下电池的性能下降与多方面因素有关,但主要是因为:1)电解液电导率下降,锂离子扩散速度变慢;2)界面电荷转移阻抗(Rct)急剧增大;3)锂离子在电极材料中的固相扩散动力学变慢;电解液作为电池的重要组成部分,不仅影响锂离子的迁移,还会参与形成固态电解质界面(SEI)膜,对电池低温性能具有关键影响。
对于电解液而言,为满足电池在低温下优异的电化学性能,必须同时具备以下几点:(1)高的离子电导率;(2)宽的电化学稳定窗口;(3)低的去溶剂化能;(4)形成的SEI阻抗较低。
现有改性方案中,使用乙酸乙酯(EA)、丙酸甲酯(MP)等短链羧酸酯代替碳酸酯作为电解液的极性溶剂,可有效改善电解液在低温下的黏度、电导率等物理性质,降低极化。与锂离子结合能较弱的羧酸酯还能降低锂离子在低温下的脱溶剂化过程能垒,有效提高电化学反应动力学。然而,短链羧酸酯有较强的反应活性,难以在电极界面处形成稳定的保护性SEI层,与锂金属负极的副反应严重,库伦效率低;在石墨负极中,则会发生溶剂共嵌,破坏电极材料的结构。短链羧酸酯的闪点较低,存在发生起火甚至爆炸的风险,极大的限制了其在低温锂离子电池中的应用。
中国发明专利CN115275355A、CN115632163A采用一种混合醚基的局部高浓度电解液,将低极性稀释剂氟代醚引入高浓度电解液中,改善了高浓度电解质粘度高、润湿性差、离子电导率低的缺点,锂盐多为LiFSI和LiTFSI这类溶解度较高的磺酰胺亚胺锂盐,这类盐生产工艺复杂,价格昂贵,且存在腐蚀铝箔的问题,往往作为添加剂使用。
氟代烷烃是一种超低粘度、凝固点(通常<-100℃)和高介电常数、高比热容的可液化溶剂,广泛运用到制冷剂中,有运用到低温电解液中的潜能。目前使用较多的氟代烷烃多为气体,在有机溶剂中的溶解度普遍较低,中国发明专利CN108417895A采用1.1-二氟乙烷、1.1.1.2-四氟乙烷气体和短链醚类作为溶剂,上述溶剂介电常数远小于常规环状碳酸酯,存在电解液电导率较低的问题,需额外添加导电添加剂,另外使用的气体氟代烷烃在有机溶剂中的溶解度有限,一般低于10 %,而且添加量过多时会出现电池高温胀气的问题,因此在电解液中的添加量有限,低温改善作用也有限。
因此基于现有电解液体系下,开发可使锂离子能够在低温下快速传输的新型可商用电解液,同时提升电池的低温界面动力学和电化学稳定性是非常重要的。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池,本发明所提供的电解液在低温环境条件下具有较低的粘度和较高的电导率,同时还具有较高的电化学窗口,与石墨及SiC负极材料兼容较好,对首效和循环性能基本没有影响,能够有效地提高锂离子电池的低温放电容量、倍率性能和耐高电压性能。
本发明采取的具体技术方案是:
本发明第一方面提供了一种锂离子二次电池电解液,包括非对称氟代烷烃化合物A,所述非对称氟代烷烃化合物A的 C原子个数为3-4且C链末端含有H原子。非对称氟代烷烃化合物作为电解液的极性共溶剂,其在常温下是液体,在电解液中的溶解度较高,同样具有低粘度和低凝固点(<-100 ℃)的优点,其凝固点与短链气体氟代烷烃相当,但常温下为液体,在电池中的高温性能更为稳定,可作为电解液的辅助溶剂,也可与少量的短链氟代烷烃搭配使用,电池的低温性能改善更为明显,同时避免了电池在高温可能存在胀气的安全隐患。C3或C4链长的非对称氟代烷烃常温下为液体,溶解度高,也具有低粘度、低凝固点的优点,之所以选择其C链末端含有H原子,是因为未完全氟化时,在电解液中的溶解度较高,可以作为极性共溶剂使用。而C5及更长链长的氟代烷烃熔点相对较高,且粘度较大,低温性能也没有明显优势,并且对称的氟代烷烃相对非对称的氟代烷烃熔沸点较高,均不宜作为极性共溶剂使用。
进一步地,所述非对称氟代烷烃化合物A在电解液中的质量百分含量1-30 %。在本发明的一些实施例中,所述非对称氟代烷烃化合物A的质量百分含量可以是1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本申请的一些实施例中,所述锂离子二次电池电解液还包含短链氟代烷烃化合物B,所述短链氟代烷烃化合物B的C原子个数为1-2且C链末端含有H原子。本发明发现短链气态的氟代烷烃的粘度较低,可液化后少量作为电解液添加剂使用,可以改善电解液低温下的粘度和电导率,常温下在电解液中的溶解度较低,而且由于其较高的饱和蒸气压,添加量超过5 %时,存在高温循环下胀气的问题,其搭配非对称氟代烷烃化合物A使用,进一步改善低温性能,同时缓解高温产气所带来的影响。
进一步地,所述短链氟代烷烃化合物B在电解液中的质量百分含量为0-5 %。在本发明的一些实施例中,所述短链氟代烷烃化合物B的质量百分含量可以是可以是1%、2%、3%、4%、5%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
进一步地,所述化合物A为1,1,1,3,3-五氟丁烷(化合物A-1)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(化合物A-2)中的至少一种。
进一步地,所述化合物B为二氟甲烷(化合物B-1)、1,1-二氟乙烷(化合物B-2)、1,1,2-三氟乙烷(化合物B-3)、1,1,1,2-四氟乙烷(化合物B-4)的至少一种。
进一步地,所述锂离子二次电池电解液还包括电解质锂盐;
更进一步地,所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少一种;
进一步地,所述电解质锂盐在电解液中的质量百分含量为5-20%。在本发明的一些实施例中,所述电解质锂盐的质量百分含量可以是5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
进一步地,所述锂离子二次电池电解液还包括非水溶剂,所述非水溶剂选自环型溶剂或/和线型溶剂;
更进一步地,所述环型溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、乙酸苯酯、1,4-丁基磺酸内酯、3,3,3-三氟碳酸丙烯酯中的至少一种;
更进一步地,所述线型溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、碳酸甲丙酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、甲基三氟乙基碳酸酯、(2,2,2)-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氟乙基乙酸酯、2,2-二氟乙基丙酸酯、2,2-二氟乙基碳酸甲酯中、氟代碳酸乙烯酯的至少一种;
进一步地,所述非水溶剂在电解液中的质量百分含量为50-94%。在本发明的一些实施例中,所述非水溶剂的质量百分含量可以是50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、94%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
进一步地,所述非水溶剂为环型溶剂或含有环形溶剂时,所述环形溶剂为环状碳酸酯类溶剂
本发明第二方面是提供了一种锂离子二次电池,包括壳体、电极组件以及如第一方面所述的锂二次电池电解液;电极组件容纳于壳体内,锂二次电池电解液容纳于壳体内。
进一步地,所述锂离子二次电池的正极材料包括Li1+a(NixCoyM1-x-y)O2、Li(NipMnqCo2-p-q)O4及LiMh(PO4)m中的至少一种;其中0≤a≤0.3,0≤x≤1,0≤y≤1,0<x+y≤1;0≤p≤2,0≤q≤2,0<p+q≤2;0<h<5,0<m<5;M为Fe、Ni、Co、Mn、Al或V。
进一步地,所述锂离子二次电池的负极材料包括金属锂、锂合金、碳、硅基负极材料及锡基负极材料中的至少一种。
进一步地,所述锂离子二次电池,所采用的正极和负极均可采用本领域的常规方法制备得到,本申请提供的锂离子二次电池均可采用常规方法进行组装。
进一步地,所述锂离子二次电池为圆柱电池。
有益效果:本发明采用一种中等链长的非对称氟代烷烃作为电解液的极性共溶剂。其常温下为液体,在电解液中的溶解度较高,同样具有低粘度和低凝固点(<-100 ℃的优点,其凝固点与短链气态氟代烷烃相当,但常温下为液态,在电池中的高温性能更为稳定,可作为电解液的辅助溶剂,也可与少量的短链氟代烷烃搭配使用,电池的低温性能改善更为明显,同时避免了电池在高温可能存在胀气的安全隐患。而且本发明中所使用的氟代烷烃是现有商业化产品,价格低廉。
并且因为本发明所用的非对称氟代烷烃常温下为液体,所以其在电解液中不存在气态液化的问题,所以溶剂的选择范围更广,大多数溶剂均可以适用,并不局限于短链醚类这种可以液化电解质的溶剂。环状碳酸酯介电常数较高,通常大于50,如碳酸乙烯酯为89.6,其对应的锂离子电解液的电导率较高,而醚类的介电常数较小,通常在10以下,如乙醚为4.25,乙二醇二甲醚为7.20,常规浓度下的锂离子电解液电导率较低。短链氟代烷烃在环状碳酸酯类溶剂下的溶解度较低,添加量有限,低温改善也有限,同时也存在高温胀气的风险,而本发明选用的非对称氟代烷烃在环状碳酸酯类溶剂下的溶解度比较高,当添加量较大时,与环状碳酸酯类溶剂配合使用,其低温改善性能进一步提升,高温胀气的风险也进一步降低,同时保留了环状碳酸酯的优点,电解液获得了较高的电导率。
附图说明
图1为实施例1-10和对比例1-3中的电解液电导率-温度曲线;
图2为实施例4、对比例1和2电解液的LSV曲线;
图3为实施例4、5、6和对比例1、3的常温循环曲线;
图4为实施例4、5、6和对比例1、3的高温循环曲线。
具体实施方式
下面结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。以下实施例中所用的原料,如无特殊说明,均可从常规商业途径得到;所采用的工艺,如无特殊说明,均采用本领域的常规工艺。
实施例1:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,包括以下步骤:
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)按体积比3:7进行混合,得到混合有机溶剂;然后,向混合有机溶剂中加入六氟磷酸锂(LiPF6)以及化合物A-1(1,1,1,3,3-五氟丁烷);其中,混合有机溶剂、LiPF6以及化合物1的质量百分比为78:15:7。
实施例2:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将化合物A-1由7 %提高到15 %,质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例3:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将化合物A-1由7 %提高到20 %,质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例4:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将化合物A-1由7 %提高到25 %,质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例5:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将7%的化合物A-1改为22 %化合物A-1和3%的化合物B-4(1,1,1,2-四氟乙烷),质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例6:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将7%的化合物A-1改为3 %的化合物B-1(二氟甲烷),质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例7:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将7%的化合物A-1改为3 %的化合物B-4(1,1,1,2-四氟乙烷),质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例8:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将7%的化合物A-1改为1 %的化合物A-2(1,1,1,3,3-五氟丙烷),质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例9:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将7%的化合物A-1改为30 %的化合物A-2(1,1,1,3,3-五氟丙烷),质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
实施例10:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:将7%的化合物A-1改为5 %的化合物B-1(二氟甲烷),质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
对比例1:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例1的区别仅在于:电解液中不含有化合物A-1,质量百分比变化通过有机溶剂的质量百分比来调整。
对比例2:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例3的区别仅在于:将20 %的化合物A-1更换为乙酸乙酯(EA)。
对比例3:本申请实施例提供一种锂离子二次电池电解液的制备方法,其与实施例6的区别仅在于:将7%的化合物A-1更换为化合物B-1。
制备锂离子二次电池:采用的正极材料为LiNi0.8Co0.1Mn0.1(NCM811)或LCO,负极材料为人造石墨或SiC,隔膜为聚乙烯膜,电解液为上述实施例1-7和对比例1-2中的电解液,将这些材料按照常规方法制备并组装成全电池,电池的设计容量为3200mAh,电池的电压是4.2-2.75V。
电解液电导率测试:测试实施例和对比例的电解液电导率,如图1所示,可以看出本发明的电解液在-60 ℃依然可提供较高的离子电导率;而传统碳酸酯电解液对比例1随着温度下降离子电导率快速下降,这由于其粘度增大导致的。表明本发明电解液相比较常规碳酸酯电解液具有显著低温优势,而且电导率低温下的改善效果优于以乙酸乙酯(对比例2)为代表的羧酸酯类溶剂。从实施例1-4中可以看出,随着化合物A-1含量从7%逐渐增加到25%的过程中,电解液的电导率逐渐升高。而且,我们发现将化合物A-1和少量化合物B-4同时加入到电解液,电解液表现出更为优异的低温电导率。另外从实施例8-9看出,化合物A-2添加1%和30%对低温电导率也有不同程度的改善。另外氟代烷烃本身可用作制冷剂,具有较低的比热容,可以提高电解液的导热性,减小电池在充放电过程中的热效应带来的负面影响。
电解液电化学窗口测试:锂离子电池电解液的电化学窗口利用 LSV 方法进行测试。铂丝作为工作电极,锂金属作为对电极和参比电极。将实施例4和对比例1-2中的电解液移取到电解槽中,再依次装入两电极,密封后取出进行测试。电压测试范围为 3-7 V,扫描速率为1 mV/s,结果如图2所示。图中可以得出,随着氧化电位的提高,电解液也逐渐会有氧化反应的发生。电化学窗口的测试结果表明,实施例4中加入了25%的氟代烷烃化合物A-1,其电解液更耐氧化性,这是由于其游离溶剂分子少于对比例1中的常规碳酸酯电解液,游离的溶剂分子和与 Li+络合的溶剂分子相比,更容易被氧化,使电解液的抗氧化性得到了改善。而对比例2中加入了羧酸酯类溶剂乙酸乙酯,虽然在一定程度上改善了电解液的低温性能,但其耐氧化性能有所降低。
电池性能测试:对上述实施例和对比例制备得到的锂离子电池进行以下性能测试,得到如表2所示的测试结果。
(1)1 C容量发挥
将注液完的锂离子电池0.03 C恒流充电90 min,0.1 C恒流充电100 min, 0.2 C恒流恒压充电至4 .2 V,截止电流为0.05 C,随后0.2 C恒流放电2.75 V,再0 .5 C恒流恒压充电充电至4 .2 V,截止电流为0.05 C,0 .5 C恒流放电放电2.75 V,接着1 C恒流恒压充电充电4.2 V,截止电流为0.05 C,1 C恒流放电放电2.75 V,其中1 C充放电循环5次,取最后一次放电容量得到1 C容量发挥值,每个实施例电池测试20个,取平均值。
(2)低温放电性能
将化成后的锂离子电池在常温下用1C恒流恒压充至4.2 V,测量电池初始容量;然后将电池分别置于恒温-60 ℃、-40 ℃、-20 ℃和25 ℃的恒温箱中,以0.5C放电至2.5 V,测量锂离子电池的容量计算保持率,每个实施例的电池测试3个,取平均值。
将化成后的锂离子电池在常温下用1C恒流恒压充至4.2 V,测量电池初始容量;然后将电池分别置于恒温-20 ℃的恒温箱中,分别以0.5 C、1 C、2 C放电至2.5 V,测量锂离子电池的容量计算保持率,每个实施例的电池测试3个,取平均值。
从表2中实施例1-7和对比例1-3的电池测试结果可以看出:氟代烷烃对电池的首次充放电效率影响不大,而乙酸乙酯与石墨的兼容性较差,对首效有明显的负面影响。相对于对比例1,在相同放电倍率下,在低温时,实施例中使用添加了短链氟代烷烃的电解液组装的圆柱电池的容量保持率较高,特别是在-60 ℃的超低温环境下,实施例5的放电容量基本维持在室温容量的31.4%,而对比例1的放电容量仅是室温容量的8.4%。从实施例3、对比例1和2,可以看出对比例2使用了25%质量分数的羧酸酯类溶剂乙酸乙酯,虽然在一定程度上改善了电池的低温性能,但改善效果并不如相同质量分数下的化合物A,而且耐氧化性能还会变差。从实施例4和5的对比可知,添加总量相同的情况下,采用化合物A+化合物B混合比单独采用化合物A的改善效果更好,这是因为相同添加量下的化合物B的低温性能优于化合物A,但化合物B溶解度较低,同时受高温产气的影响,化合物B的添加量有限,但是通过增加A来进一步提升低温性能,所以添加总量相同的情况下,化合物A+化合物B要优于化合物A。
(3)循环性能
将实施例4-7和对比例1中化成后的锂离子电池分别在25和45℃下用0.3C恒流恒压充至4.2 V,截止电流为0.05 C,随后1 C恒流放电2.75 V,进行循环充放电。结果如图3和图4所示。
从图3和图4可以看出本发明提供的化合物A-1对电池的常温和45℃下的高温循环基本没有影响,25℃循环200周,电池容量保持率还在95 %左右,45℃循环200周,电池容量保持率在90 %以上。3%的短链氟代烷烃化合物B-1对常温和高温循环也基本没有影响,但化合物B-1增加到7%时,从高温循环30周左右起,电池出现轻微胀气,对容量保持率有一定负面效果。
综上所述,本发明提出一种用于低温条件下锂离子电池的电解液,电解液在低温环境条件中下较低的粘度和较高的电导率,同时还具有较高的电化学窗口,与石墨及SiC负极材料兼容较好,对首效和循环性能基本没有影响,能够有效地提高锂离子电池的低温放电容量、倍率性能和耐高电压性能。
尽管已经对上述各实施例进行了描述,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改,所以以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利保护范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (13)

1.一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,包括非对称氟代烷烃化合物A,所述非对称氟代烷烃化合物A的C原子个数为3-4且C链末端含有H原子。
2.根据权利要求1所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述非对称氟代烷烃化合物A在电解液中的质量百分含量1-30 %。
3.根据权利要求1所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述锂离子二次电池电解液还包括短链氟代烷烃化合物B,所述短链氟代烷烃化合物B的C原子个数为1-2且C链末端含有H原子。
4.根据权利要求3所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述短链氟代烷烃化合物B在电解液中的质量百分含量为0-5 %。
5.根据权利要求1或2所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述化合物A为1,1,1,3,3-五氟丁烷、1,1,1,3,3-五氟丙烷中的至少一种。
6.根据权利要求3或4所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述化合物B为二氟甲烷、1,1-二氟乙烷、1,1,2-三氟乙烷、1,1,1,2-四氟乙烷中的至少一种。
7.根据权利要求1-4中的任意一项所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述锂离子二次电池电解液还包括电解质锂盐;
所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少一种;
所述电解质锂盐在电解液中的质量百分含量为5-20%。
8.根据权利要求1-4中的任意一项所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述锂离子二次电池电解液还包括非水溶剂,所述非水溶剂选自环型溶剂或/和线型溶剂;所述非水溶剂在电解液中的质量百分含量为50-94%。
9.根据权利要求8所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,
所述非水溶剂为环型溶剂或含有环形溶剂时,所述环型溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、乙酸苯酯、1,4-丁基磺酸内酯、3,3,3-三氟碳酸丙烯酯中的至少一种;
所述非水溶剂为线型溶剂或含有线型溶剂时,所述线型溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、碳酸甲丙酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、甲基三氟乙基碳酸酯、(2,2,2)-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氟乙基乙酸酯、2,2-二氟乙基丙酸酯、2,2-二氟乙基碳酸甲酯中、氟代碳酸乙烯酯的至少一种。
10.根据权利要求8所述一种锂离子二次电池电解液,其特征在于,所述非水溶剂为环型溶剂或含有环形溶剂时,所述环形溶剂为环状碳酸酯类溶剂。
11.一种锂离子二次电池,其特征在于,包括所述权利要求1-10任意一项所述的锂二次电池电解液。
12.根据权利要求11所述一种锂离子二次电池,其特征在于,包括正极材料和负极材料,所述正极材料包括Li1+a(NixCoyM1-x-y)O2、Li(NipMnqCo2-p-q)O4及LiMh(PO4)m中的至少一种;其中0≤a≤0.3,0≤x≤1,0≤y≤1,0<x+y≤1;0≤p≤2,0≤q≤2,0<p+q≤2;0<h<5,0<m<5;M为Fe、Ni、Co、Mn、Al或V;
所述锂离子二次电池的负极材料包括金属锂、锂合金、碳、硅基负极材料及锡基负极材料中的至少一种。
13.根据权利要求11所述一种锂离子二次电池,其特征在于,所述锂离子二次电池为圆柱电池。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110008684A1 (en) * 2008-03-18 2011-01-13 Jong-Ho Jeon Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
JP2013125625A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Fuji Heavy Ind Ltd 非水電解液及びリチウムイオン二次電池
JP2014181194A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Nippon Zeon Co Ltd ペンタフルオロブタンの精製方法
CN105580188A (zh) * 2013-09-24 2016-05-11 旭硝子株式会社 二次电池用非水电解液和锂离子二次电池
CN108417895A (zh) * 2018-03-20 2018-08-17 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于低温条件下锂电池的液化气态电解液
US20180269549A1 (en) * 2015-09-21 2018-09-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Metal-oxygen battery
CN111276743A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 杉杉新材料(衢州)有限公司 一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110008684A1 (en) * 2008-03-18 2011-01-13 Jong-Ho Jeon Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
JP2013125625A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Fuji Heavy Ind Ltd 非水電解液及びリチウムイオン二次電池
JP2014181194A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Nippon Zeon Co Ltd ペンタフルオロブタンの精製方法
CN105580188A (zh) * 2013-09-24 2016-05-11 旭硝子株式会社 二次电池用非水电解液和锂离子二次电池
US20180269549A1 (en) * 2015-09-21 2018-09-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Metal-oxygen battery
CN108417895A (zh) * 2018-03-20 2018-08-17 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于低温条件下锂电池的液化气态电解液
CN111276743A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 杉杉新材料(衢州)有限公司 一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JERAMIE C. RUSHING ET AL.: "Tale of a "Non-interacting" Additive in a Lithium-Ion Electrolyte: Effect on Ionic Speciation and Electrochemical Properties", THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C, vol. 126, pages 2141 - 2150 *

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