CN116544504A - 一种电解液和锂离子电池 - Google Patents

一种电解液和锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN116544504A
CN116544504A CN202310423388.5A CN202310423388A CN116544504A CN 116544504 A CN116544504 A CN 116544504A CN 202310423388 A CN202310423388 A CN 202310423388A CN 116544504 A CN116544504 A CN 116544504A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
solvent
battery
mass
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
CN202310423388.5A
Other languages
English (en)
Inventor
余乐
史磊
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.)
Vision Power Technology Hubei Co ltd
Yuanjing Power Technology Ordos Co ltd
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd
Original Assignee
Vision Power Technology Hubei Co ltd
Yuanjing Power Technology Ordos Co ltd
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai 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 Vision Power Technology Hubei Co ltd, Yuanjing Power Technology Ordos Co ltd, Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd, Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd filed Critical Vision Power Technology Hubei Co ltd
Priority to CN202310423388.5A priority Critical patent/CN116544504A/zh
Publication of CN116544504A publication Critical patent/CN116544504A/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
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • 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
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电解液和锂离子电池。本发明的电解液包括溶剂、锂盐和添加剂；所述溶剂包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和乙酸乙酯；所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5‑20％；所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比为20‑70％；所述添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比为0.1‑0.7％。本发明的电解液可有效提高电解液的离子电导率、降低电池直流电阻，使得锂离子电池在低温条件下仍然有较高的容量保持率，同时又兼顾了电池高温性能。

Description

一种电解液和锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种电解液和锂离子电池。
背景技术
当前锂离子电池普遍面临低温条件下，能量密度和功率密度大幅降低的问题。常见的锂离子电池，溶剂采用碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)等环状碳酸酯和碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)等线性碳酸酯；锂盐主要采用六氟磷酸锂(LiPF6)。一方面，由于溶剂熔点较高、粘度大，这种组合的电解液的低温性能往往较差。另一方面，目前专注于低温的电解液往往在高温性能方面有所缺陷，电池的高低温性能难以同时兼顾。
碳酸乙烯酯的相对介电常数为89，大于碳酸丙烯酯的相对介电常数，从而有助于六氟磷酸锂的解离，提高电解液的离子电导率。另外，碳酸乙烯酯在负极侧分解电位较碳酸丙烯酯高，可优先参与形成固态电解质膜SEI，显著改善锂离子电池循环性能。因此，碳酸乙烯酯已经成为常规商业电解液不可或缺的溶剂组分。
然而碳酸乙烯酯的凝固点高(熔点在35-38℃)，在低温条件下，如零下40℃，很容易析出造成隔膜或极片孔隙堵塞，增大阻抗，影响电池性能。另外，碳酸乙烯酯的析出也会导致混合溶剂的相对介电常数下降，降低了对六氟磷酸锂的解离。为了解决这一问题，常用一些具有较低熔点的线性碳酸酯如碳酸二甲酯(熔点为4.6℃)，碳酸甲乙酯(熔点为-53℃)或者碳酸二乙酯(熔点为-74.3℃)来部份取代碳酸乙烯酯，从而降低混合溶剂的熔点。但碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的介电常数分别只有3.12，2.96和2.82。高含量低介电常数溶剂的引入，显然不利于六氟磷酸锂的解离，从而降低电解液的离子电导率，影响电池低温性能。
在低温电解液体系中，短链线性碳酸酯(如碳酸二甲酯)和羧酸酯的含量较高，添加剂的含量较少。而短链碳酸酯和羧酸酯的化学稳定性和电化学稳定性较低，当石墨负极表面没有添加剂保护时，容易在石墨负极发生副反应，反而恶化电池的高温性能和循环性能。所以，锂离子电池的低温性能和高温性能往往难以兼顾。在目前的技术进展阶段，兼顾锂离子电池的低温性能和高温性能是电解液和电池设计中的主要挑战。
发明内容
为了克服由现有技术中的电解液制得的锂离子电池高低温性能难以同时兼顾的缺陷，本发明提供了一种电解液和锂离子电池。本发明的电解液可有效提高电解液的离子电导率、降低电池直流电阻，使得锂离子电池在低温条件下仍然有较高的放电容量保持率，同时又兼顾了电池高温性能。
本发明通过在高含量线性碳酸酯、乙酸乙酯(EA)组合的低温电解液体系中，通过加入适量的添加剂三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)，可选地含有双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，进一步降低电池的低温阻抗，同时提升电池的高温稳定性，即达到在提升电池高温性能的同时保证电池具有良好的低温性能。
第一方面，本发明提供了一种电解液，包括溶剂、锂盐和添加剂；
所述溶剂包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和乙酸乙酯；
所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5-20％；所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比为20-70％；
所述添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比为0.1-0.7％。
第二方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括负极、正极、隔离膜，以及如前所述的电解液。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的电解液可有效提高电解液的离子电导率、降低电池直流电阻、提升电池的低温性能，使得电池在低温-20℃条件下仍然有较高的放电容量保持率，兼顾电池的低温性能和高温性能。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
在本发明第一方面的锂离子电池电解液中：
锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液会在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却也是锂离子的优良导体，锂离子可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(solid electrolyte interface)，简称SEI膜。
本发明中，通过高含量的线性碳酸酯、羧酸酯的使用，可以降低电解液溶剂中高熔点、高粘度的环状碳酸酯的用量，有效解决电解液在低温下凝固和粘度显著增大的问题。另外，还可以配合高含量的双氟磺酰亚胺锂，双氟磺酰亚胺锂的高解离能力可以使其在介电常数较低的线性碳酸酯和羧酸酯中充分溶解和解离，进一步提高电解液的离子电导率。高含量线性碳酸酯、羧酸酯和高含量双氟磺酰亚胺锂的搭配，保证了电池在低温下仍具有较低的阻抗和较高的放电容量保持率。
另一方面，针对普通电解液高低温性能不能兼顾的问题，本发明在所述低温电解液中加入适量的三(三甲基硅烷)磷酸酯作为电解液添加剂，三(三甲基硅烷)磷酸酯的还原电位高于溶剂，氧化电位低于溶剂，在化成和充电时首先在正负极表面生成磷酸锂(Li3PO4)等无机SEI成分，有利于提高SEI的高温稳定性；另外，三(三甲基硅烷)磷酸酯中含有硅基团，含硅基团的引入可以中和电解液中的氢氟酸和水，从而缓解电解液和正负极的副反应，提升电池的高温性能；再者，无机成分的加入也修饰了负极SEI膜，有利于降低阻抗，改善电池低温性能。综合分析，低温电解液和三(三甲基硅烷)磷酸酯的联合使用可以提高电池的高温稳定性，同时改善电池的低温性能。
本发明中，所述环状碳酸酯占所述溶剂的总质量的质量百分比优选为5-15％，例如为10％。
优选地，所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种。
本发明中，所述线性碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比可为25-60％，优选为30-40％。
优选地，所述线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。
本发明中，所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比优选为40-70％，例如为45％或60％。
本发明中，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比优选为0.1-0.5％。
本发明中，所述锂盐优选包括双氟磺酰亚胺锂。双氟磺酰亚胺锂的高解离能力可以使其在介电常数较低的线性碳酸酯和羧酸酯中充分溶解和解离，进一步提高电解液的离子电导率。
优选地，所述双氟磺酰亚胺锂占所述电解液总量的质量百分比8-20％，更优选地为12-20％，例如为14％或16％。
优选地，所述锂盐还包括除所述双氟磺酰亚胺锂以外的第二锂盐。
其中，所述第二锂盐较佳地为六氟磷酸锂。
其中，所述第二锂盐占所述电解液总量的质量百分比≤10％，优选为0-6％，例如为2％或4％。
本发明一优选实施方式中，所述电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；
所述溶剂包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和乙酸乙酯；
其中，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯，所述环状碳酸酯占所述溶剂的总质量的质量百分比为5-15％；所述线性碳酸酯为碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯，所述线性碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为30-40％；所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比为40-70％；
所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂和六氟磷酸锂，所述双氟磺酰亚胺锂占所述电解液总量的质量百分比为14-18％，所述六氟磷酸锂占所述电解液总量的质量百分比为0-4％；
所述添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯；所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比为0.1-0.5％。
在本发明第二方面的锂离子电池中：
本发明中，所述正极通常包括正极活性材料、粘结剂和导电剂。
其中，所述正极活性材料、所述粘结剂和所述导电剂的重量比可为98：1：1。
其中，所述正极活性材料可为本领域常规用于锂离子电池正极的正极活性材料，例如为磷酸铁锂(LFP)。
其中，所述粘结剂可为本领域常规用于锂离子电池正极的粘结剂，例如为聚偏氟乙烯(PVDF)。
其中，所述导电剂可为本领域常规用于锂离子电池正极的导电剂，例如为导电炭黑(Super P)。
本发明中，所述负极通常包括负极活性材料、增稠剂、粘结剂和导电剂。
其中，所述负极活性材料、所述增稠剂、所述粘结剂和所述导电剂的重量比可为96：1：1：2。
其中，所述负极活性材料可为本领域常规用于锂离子电池负极的负极活性材料，例如为人造石墨。
其中，所述粘结剂可为本领域常规用于锂离子电池负极的粘结剂，例如为丁苯橡胶(SBR)。
其中，所述导电剂可本领域常规用于锂离子电池负极的导电剂，例如为导电炭黑(Super P)。
其中，所述增稠剂可本领域常规用于锂离子电池负极的增稠剂，例如为羧甲基纤维素钠(CMC-Na)。
本发明中，所述电解液的用量可根据实际情况选择，例如为3.0g/Ah。
本发明中，所述隔离膜可为聚丙烯膜(PP)。
优选地，所述隔离膜的厚度可为12μm。
本发明中，所述正极可采用本领域常规方法制备，较佳地，所述正极的制备方法包括如下步骤：将所述正极活性材料、所述粘结剂和所述导电剂进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在真空搅拌机下搅拌至体系呈均一透明状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于铝箔上；将铝箔在室温晾干后转移至烘箱干燥，然后经过冷压、分切即可得所述正极。
本发明中，所述负极可采用本领域常规方法制备，较佳地，所述负极的制备方法包括如下步骤：将，所述负极活性材料、所述增稠剂、所述粘结剂和所述导电剂进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机下搅拌均匀获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；将铜箔在室温晾干后转移至烘箱干燥，然后经过冷压、分切即可得到所述负极。
本发明中，所述锂离子电池可采用本领域常规方法制备，较佳地包括如下步骤：以厚度12μm的聚丙烯薄膜作为隔离膜，将上述制得的正极、隔离膜、负极依次进行叠片，使隔离膜处于正、负极中间起到隔离的作用，然后外包铝塑膜，转移至真空烘箱中120℃干燥，注入如前所述的电解液之后封口，进行电解液化成，最终制备得到锂离子电池。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
实施例1
二次锂电池的制备方法具体包括如下步骤：
(1)磷酸铁锂正极的制备：将正极活性材料磷酸铁锂、粘结剂聚偏氟乙烯和导电剂导电炭黑按照重量比98：1：1进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机下搅拌至体系呈均一透明状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于铝箔上；将铝箔在室温晾干后转移至烘箱干燥，然后经过冷压、分切即可得到磷酸铁锂正极；
(2)石墨负极的制备：将负极活性材料人造石墨、导电剂Super P、增稠剂羧甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比96：1：1：2进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机下搅拌均匀获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上；将铜箔在室温晾干后转移至烘箱干燥，然后经过冷压、分切即可得到石墨负极；
(3)电解液的制备：在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将电池级碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和乙酸乙酯按照表1所示的质量比1：1：2：4：2进行混合，形成有机溶剂，再定量加入其他成分，混合均匀，即可得到电解液(即表1中实施例1)；表1中，除溶剂之外的各成分含量为基于电解液的总重量计算得到的重量百分数，溶剂中各组分的含量为占总溶剂的十分含量；
(4)隔离膜的制备：以聚丙烯膜作为隔离膜；
(5)二次电池的制备：以厚度12μm的聚丙烯薄膜作为隔离膜，将上述制得的正极、隔离膜、负极依次进行叠片，使隔离膜处于正、负极中间起到隔离的作用，然后外包铝塑膜，转移至真空烘箱中120℃干燥，注入上述制得的电解液3.0g/Ah之后封口，进行电解液化成，最终制备得容量为1Ah的锂离子电池。
实施例2-11和对比例1-8
实施例2-11和对比例1-8也是锂离子电池电解液制备的具体实施例，除了锂离子电池电解液组分比例由表1中所规定外，其余均与实施例1相同。
表1.实施例和对比例的电解液组成表
效果实施例
对实施例1-11和对比例1-8制得的锂离子电池进行以下测试：
(1)二次电池直流电阻(DCR)测试：在-20℃下，将电池以1C电流放电至50％SOC(荷电状态，反映电池的剩余容量)时，将电流调高至4C，并保持30s，检测更新的稳定电压与原平台电压的差，其数值与4C电流值的比值即为电池的直流电阻，电池首次满充后进行的DCR测试结果为电池的初始DCR。
(2)二次电池的低温放电容量保持率测试：将二次电池充满电后放置在-20℃的恒温箱中，充分冷却后以1C倍率放电至截止电压，测试放电后容量，得到其相对于初始放电容量的百分比。
(3)二次电池DCR增长率测试：将二次电池充满电置于60℃温箱中存储，每隔7天测试其DCR，共计90天，记录DCR并计算DCR增长率。
其中，对于磷酸铁锂/石墨电池，上述测试中，充放电截止电压为2.5-3.65V。
表2.实施例1-11和对比例1-8的性能测试结果
由实施例1-4可以看出在环状碳酸酯的用量为0.5/10-2/10的范围内时，即当碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯占溶剂总量的质量百分比在5-20％范围，改变线性碳酸酯的比例对电池的循环性能影响不大，此时，电池的低温性能均较好，-20℃下，DCR在313-329mΩ，放电容量保持率在84.7-86.6％，60℃下存储90天，电池的DCR增长率在21.7-23.2％。然而随着环状碳酸酯用量降低和乙酸乙酯的用量升高，电池的常温DCR略有降低，低温DCR明显降低，低温放电容量保持率提升，这是因为环状碳酸酯用量的降低和乙酸乙酯用量的升高降低了电解液的凝固点和粘度，提高了低温下电解液的电导率，因此电池的低温性能提升。
由实施例2、5-8可知，当溶剂体系保持不变时，增加锂盐中双氟磺酰亚胺锂的含量，相应地，电池的常温DCR和低温DCR都有明显下降且低温放电容量保持率持续提升，-20℃下，电池DCR最低为254mΩ，放电容量保持率最高可达88.6％，这是由于双氟磺酰亚胺锂相比于六氟磷酸锂更容易解离，在溶剂中溶解能力更强，可以提供更高的电导率，所以双氟磺酰亚胺锂的用量越高，电池的低温性能越好。
对比实施例3和对比例2可知，当环状碳酸酯的含量高于2/10(即环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比超过20％)时，例如对比例2中环状碳酸酯的含量为3/10(即环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比为30％)，-20℃时，其DCR为919mΩ，放电容量保持率为71.7％，相比实施例3，对比例2的低温DCR明显升高，放电容量保持率显著下降，说明环状碳酸酯用量太高会导致电解液熔点偏高，低温下粘度增大，电解液的电导率下降，恶化电池的低温性能。进一步地，由对比例1-3可知，在环状碳酸酯的含量为3/10(即环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比为30％)的情况下，随着双氟磺酰亚胺锂含量的增加，电池的DCR也会逐渐降低，低温性能逐渐改善，但即使将双氟磺酰亚胺锂的含量提升至18％，例如对比例3，在-20℃下，电池的DCR仅为864mΩ，放电容量保持率也仅为71.4％，在锂盐的种类和添加量可比的前提下，相应电池的DCR和低温性能也远劣于低环状碳酸酯用量的各个实施例。以上结果说明必须将环状碳酸酯的用量降低到2/10以下(即环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比为20％及以下)，电解液在低温下才具有良好的电导率和性能。
由实施例8和对比例4可知，当环状碳酸酯的用量低于0.5/10(即环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比低于5％)时，对应于未使用环状碳酸酯的对比例4，即使锂盐完全使用双氟磺酰亚胺锂，也无法完全溶解，此时电池的低温性能和循环性能均较差，在-20℃下，对比例4的电池DCR高达1706mΩ，放电容量保持率也仅为66.7％，60℃下存储90天，电池的DCR增长率为31.5％，增长显著，这是因为纯线性碳酸酯和乙酸乙酯的介电常数过低，无法完全溶解双氟磺酰亚胺锂。这说明溶剂中必须保留一定量的环状碳酸酯才能保证锂盐的充分溶解，以上结果说明环状碳酸酯用量要高于0.5/10，也就是说环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比需在5％及以上。因此，环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比在5-20％之间时，电池才具有较好的低温性能和循环性能。
实施例2和实施例11的溶剂体系均相同，均为低环状碳酸酯用量的溶剂体系，具体地，环状碳酸酯的含量为1.5/10(即环状碳酸酯占溶剂总量的质量百分比为15％)，实施例11的锂盐包括双氟磺酰亚胺锂和六氟磷酸锂，但双氟磺酰亚胺锂占电解液总量的质量百分比低于8％，在-20℃下，实施例11的电池DCR为717mΩ，放电容量保持率为74.2％，电池的低温性能和循环性能也较实施例2差，以上结果说明电池的锂盐优选含有双氟磺酰亚胺锂，当双氟磺酰亚胺锂含量在8％以上时，电池具有良好的低温性能和循环性。
由实施例2和对比例8可知，当把实施例2中电解液的乙酸乙酯替换为碳酸二甲酯时，即乙酸乙酯的含量为0％时，电池的低温性能会远差于含有乙酸乙酯的实施例2，说明乙酸乙酯对于电池低温性能具有重要影响，因此电解液中乙酸乙酯含量要大于0，且根据实施例1-11，乙酸乙酯占溶剂总量的质量百分比应为20-70％。
由实施例2和对比例5可知，当溶剂体系相同和锂盐的含量也相同时，不使用添加剂的对比例7的高温存储DCR增长率远高于实施例2，对比例5在60℃下，电池存储90天后，DCR增长率为61.7％，比实施例2高了38.5％，且对比例5的低温性能也劣于实施例2，这说明三(三甲基硅烷)磷酸酯可以有效提升电解液的高温稳定性，抑制高温存储DCR增长，同时改善电池的低温性能。
由实施例2、9-10和对比例5-7可知，当三(三甲基硅烷)磷酸酯占电解液总量的质量百分比低于0.1％时，其循环性能明显降低，例如对比例5的三(三甲基硅烷)磷酸酯占电解液总量的质量百分比为0％，其电池在-20℃下，电池的DCR为388mΩ，放电容量保持率为81.6％，在60℃下，电池存储90天后，DCR增长率为61.7％，这是由于体系中不含有三(三甲基硅烷)磷酸酯，无法稳定SEI膜，电池的副反应无法得到有效抑制；当三(三甲基硅烷)磷酸酯占电解液总量的质量百分比高于0.7％时，电池的高温存储性能基本不变，但低温性能明显劣化，例如对比例6和对比例7，二者的三(三甲基硅烷)磷酸酯占电解液总量的质量百分比分别为0.8％和2％，其电池在-20℃下，电池的DRC分别为397mΩ和552mΩ，放电容量保持率分别为81.2％和77.5％，这是由于过多的三(三甲基硅烷)磷酸酯会导致形成SEI膜过厚，反而造成电池阻抗升高，导致低温性能劣化。以上结果表明，当三(三甲基硅烷)磷酸酯占电解液总量的质量百分比为0.1-0.7％时，才能实现电池的低温性能和高温性能均较好。
以上所述具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电解液，其特征在于，包括溶剂、锂盐和添加剂；
所述溶剂包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和乙酸乙酯；
所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5-20％；所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比为20-70％；
所述添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比为0.1-0.7％。
2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂，占所述电解液总量的质量百分比8-20％。
3.如权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述锂盐还包括除所述双氟磺酰亚胺锂以外的第二锂盐，占所述电解液总量的质量百分比≤10％。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5-10％。
5.如权利要求1-3中任一项所述的电解液，其特征在于，所述线性碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为25-60％。
6.如权利要求1-3中任一项所述的电解液，其特征在于，所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比为40-70％。
7.如权利要求1-3中任一项所述的电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种。
8.如权利要求1-3中任一项所述的电解液，其特征在于，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比为0.1-0.5％。
9.一种锂离子电池，包括负极、正极、隔离膜，以及如权利要求1-8中任一项所述的电解液。
CN202310423388.5A 2023-04-19 2023-04-19 一种电解液和锂离子电池 Pending CN116544504A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310423388.5A CN116544504A (zh) 2023-04-19 2023-04-19 一种电解液和锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310423388.5A CN116544504A (zh) 2023-04-19 2023-04-19 一种电解液和锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116544504A true CN116544504A (zh) 2023-08-04

Family

ID=87455289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310423388.5A Pending CN116544504A (zh) 2023-04-19 2023-04-19 一种电解液和锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116544504A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110707361B (zh) 一种适用于高倍率充放电的高电压软包锂离子电池用电解液
CN109728340B (zh) 锂离子电池
CN111416145B (zh) 锂离子电池
CN109390631B (zh) 一种高镍三元正极材料电解液
CN108232296B (zh) 电解液及锂二次电池
CN112349960B (zh) 电解液及锂离子电池
CN110994030B (zh) 一种锂电池电解液及锂离子电池
CN104934636A (zh) 电解液以及包含该电解液的锂离子电池
CN115548445B (zh) 一种二次电池
CN112216862A (zh) 一种高镍三元锂离子电池电解液及三元锂离子电池
CN110783628A (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
CN114512721A (zh) 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
CN113839095B (zh) 一种电解液及包括该电解液的电池
CN115411369B (zh) 电解液及其制备方法、电化学装置
CN116646598A (zh) 一种电解液及二次电池
CN116544504A (zh) 一种电解液和锂离子电池
CN109494402B (zh) 电解液及锂电池
CN111540954A (zh) 锂离子电池电解液及制备方法、锂离子电池
CN116387627A (zh) 一种电解液和锂离子电池
CN114024031B (zh) 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池
CN109309250A (zh) 电解液及二次锂电池
CN118263519A (zh) 一种电解液和锂离子电池
CN116053587A (zh) 一种锂离子电池用电解液及锂离子电池
CN116742132A (zh) 一种锂离子电池电解液及其应用
CN116487698A (zh) 一种环状磺酸酯类添加剂和锂离子电池电解液

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