CN116706233A - 一种生物基锂电池添加剂、电解液和锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物基锂电池添加剂、电解液和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。本发明公开了一种新型电解液添加剂2，5‑双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃，并添加在电解液中，并应用在生物基锂离子电池中。本发明2，5‑双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃作为一种结构简单的新型有机硅化物，不仅可以作为三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(TMSPi)类传统添加剂的替代品应用于锂电池电解液添加剂，还能显著提高电极材料的电化学性能，从而使锂离子电池保持良好的循环稳定性能和高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种生物基锂电池添加剂、电解液和锂离子电池。
背景技术
随着石油资源的日趋减少，能源危机及环境问题的日益凸显，人们将更多的注意力转移到可再生资源中，开发更多以生物质资源为原料的绿色环保可持续发展的新材料迫在眉睫。锂离子电池作为重要的新型能源，广泛应用于新能源汽车领域，因其具有高工作电压、高比能量及长循环寿命的优点，成为越来越多人关注的焦点。电解液是锂离子电池最重要的部分之一，因此为了改善锂电池的循环性能，越来越多的研究者投入到电解液的研究中。在锂离子电池电解液的研究中，添加剂的开发是影响电解液发展的一个重要的方面。
为了提高锂离子电池的性能，一种方法是对电极材料进行改性，另一种经济高效的方法是改变复合电极中的其他成分，即向电解质溶液中加入添加剂。在锂离子电池中，新型的电解液添加剂可以促进电极表面形成SEI膜，避免了正极材料和电解液的接触，从而防止电解液分解。另外，稳定致密的SEI保护膜可以降低电池的电阻，提高电池的循环稳定性，安全性以及离子电导率。添加剂的添加量一般小于10％，可以很好地改变电池的性能，主要体现在稳定锂盐，优化电极和电解质的界面，清除氢氟酸和水等几个方面。
三(三甲基硅基)磷酸酯(简称TMSP)、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(简称TMSPi)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(简称TMSB)和碳酸氟代亚乙酯(简称FEC)是研究较多的硅基电解液添加剂。三甲基硅基能与HF和LiF反应形成强Si-F键，降低了高阻抗LiF的含量。研究表明，基于六氟磷酸锂的电池中，在电解质中的储存和循环期间，它将促进酸的形成，从而降低电池性能。碳酸氟亚乙酯(简称FEC)作为硅基锂离子电池的有效电解质添加剂，在电池的循环和储存期间，由于酸的形成而影响电池的性能，研究表明，TMSPi和FEC作为组合电解质添加剂可以改善LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2-SiOx/石墨全电池的循环稳定性；TMSB和TMSPi的协同联用也可以优化电极/电解液界，提高LiNi0.5Mn1.5O4电池的循环稳定性及库仑效率。此外，TMSPi还能够参与亲核反应来优化石墨的界面组分，提高负极的循环性能。
专利号CN112713304B公开了电解液及具有该电解液的锂离子电池，具体公开了在锂电池电解液中引入第一添加剂(LiPO2F2、TMSB、TMSP、TMSPi以及硫酸亚乙酯中的一种或几种)、第二添加剂(氟代碳酸丙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯)以及第三添加剂(丁二腈、己二腈、乙二醇双(丙腈)醚和1,3,6-己烷三腈中的至少一种)来优化锂电池性能。其中，第一和第二添加剂可以促进负极表面形成SEI膜，改善膜性能的同时降低负极界面阻抗，第三添加剂可以与正极表面的金属钴离子络合，从而抑制了电解液的氧化。因此，三种添加剂协同联用能够有效改善电池在低温环境下的充放电和快充性能，从而使锂电池具有较长的循环寿命和较好的高温储存性能。
专利号CN112909334B公开了一种电解液添加剂，具体公开了包括抑制产气添加剂(碳酸亚乙烯酯)、负极成膜添加剂、正极成膜添加剂和低阻抗型添加剂，其中碳酸亚乙烯酯作为研究较多的负极成膜添加剂可优先溶剂在电极表面形成SEI膜，还可以抑制产气。因此通过这几种添加剂的协调作用，可以有效抑制电解液在预充过程中的产气量，提高电池在高温下的循环性能，从而提高锂离子电池的生产效率。
在此基础上，本发明首次设计并制备出了一种新型锂电池添加剂，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃，作为TMSP和TMSPi等传统添加剂的新型替代品，应用于锂电池电解液添加剂。由于其具有可调性大、成本低等优点，适当控制该添加剂的添加比例，优化锂电池电解液的配方可以提升锂电池的循环性能和高温储存性能，为下一代锂离子电池电解液添加剂的设计和应用提供了新的思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物基锂电池添加剂、电解液和锂离子电池，解决以下技术问题：
现有的锂离子电池以TMSP和TMSPi类传统添加剂应用于锂离子电池电解液中制备的锂离子电池循环性能和高温储存性能差。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种生物基锂电池添加剂，包括第一添加剂，所述第一添加剂为2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃。
作为本发明的进一步方案：还包括第二添加剂，所述第二添加剂为锂盐类添加剂、含氟类添加剂、氰基类添加剂、电聚合类添加剂、硅基类添加剂、砜类添加剂、硼酸盐添加剂中的一种或几种以任意比混合得到,第一添加剂与所述第二添加剂的质量比为(0.06-5)：1。
作为本发明的进一步方案：所述锂盐类添加剂包括二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种；所述含氟类添加剂包括碳酸氟代亚乙酯、双(三甲基甲硅烷基)2-甲基-2氟丙二酸酯、三(1,1,1,3,3,3-六氟丙烷)亚磷酸盐、2-(2,2,2-三氟乙氧基)-1,3,2-二氧杂磷2-氧化物、2-(2,2,3,3,3五氟丙氧基)-1,3,2-二氧杂磷2-氧化物中的至少一种；所述氰基类添加剂包括对甲苯磺酰甲基异氰化物；所述电聚合类添加剂包括甲基二磺酸亚甲酯、N，N二甲基甲酰胺、2-乙氧基-1,3,2-二氧杂磷2-氧化物中的至少一种；所述硅基类添加剂包括二苯甲基二甲氧基硅烷、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯中的至少一种；所述砜类添加剂包括双(4-氟苯基)砜；所述硼酸盐添加剂包括三(三甲基硅烷)硼酸酯、硼酸三乙醇胺中的至少一种。
一种电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述添加剂为上述任一项添加剂。
作为本发明的进一步方案：以100重量份的所述电解液为基准，所述添加剂的含量为0.3-10重量份。
作为本发明的进一步方案：以100重量份的所述电解液为基准，所述锂盐的含量为0.5-15重量份。
作为本发明的进一步方案：所述锂盐为硼簇锂盐、非硼簇锂盐中的任一种。
作为本发明的进一步方案：所述硼簇锂盐包括四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中至少一种；所述非硼簇锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、双(三氟磺酰亚胺)锂、双(氟磺酰亚胺)锂中的至少一种。
作为本发明的进一步方案：所述溶剂为碳酸酯类、醚类、砜类、腈类溶剂以及离子液体中的至少一种。碳酸酯类溶剂包括但不限于：碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯以及碳酸二乙酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。所述醚类溶剂包括但不限于：四乙二醇二甲醚、二氧戊环、2-三氟甲基-3甲基四氟代戊烯、2-(三氟-2-氟-3-二氟环氧)-3-二氟-4-氟-5-三氟戊烷、四氢呋喃、2-甲基-四氢呋喃、乙二醇二甲醚中的至少一种。所述砜类溶剂包括环丁砜。所述腈类溶剂包括乙腈、丁二腈中的至少一种。所述离子液体包括1-甲基-1-丙基哌啶双(三氟甲磺酰)亚胺盐。
一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液以及隔膜，电解质为上述任意一项电解液。
作为本发明的进一步方案：正极包括但不限于：层状氧化物材料、尖晶石型材料、聚阴离子型材料中的任一种。
作为本发明的进一步方案：层状氧化物材料包含但不限于：钴酸锂(LiCoO2)、三元镍钴锰材料(LiNixCoyMn1-x-yO2)、富锂锰基材料(xLi2MnO3)(1-x)LiMO2，M＝Ni，Co，Mn)；
作为本发明的进一步方案：尖晶石型材料包含但不限于：锰酸锂(LiMn2O4)、镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)；
作为本发明的进一步方案：聚阴离子型材料包含但不限于：磷酸铁锂(LiFeO4)、磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)。
作为本发明的进一步方案：负极包含但不限于：石墨负极、硅基负极和锂金属负极中的任一种。
本发明的有益效果：
本发明公开了以2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃作为一种新型锂电池添加剂，作为TMSP和TMSPi类添加剂的新型替代品，应用于锂电池电解液中。通过对其制备的锂离子电池进行表征及分析，同等条件下，加入添加剂2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃后的锂电池在室温下具有较优异的循环性能，该添加剂促进了稳定且低阻抗的正负极CEI和SEI膜的构建，降低了电荷转移电阻的同时，促进了锂离子的扩散和传播。2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃可以与氢氟酸或者氟离子有较强的吸引能力，因而能够降低电解液酸性从而起到稳定电解液的作用。本发明还通过2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃与第二添加剂的协同使用，来进一步改善锂离子电池的循环性能。本申请以2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃作为一种新型锂电池添加剂，具有原料来源绿色可持续，生物可降解及兼容性，对推动材料工业绿色转型、增加绿色产品供给、降低对化石资源依赖、加快生态文明建设具有重要意义。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃分子结构式。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，一种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备电解液：在充满氩气的手套箱中，将摩尔比为3：5的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)混合后作为溶剂，并将六氟磷酸锂(LiPF6)溶解在溶剂中制备得到基础电解液，然后加入2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃，混合均匀后作为电解液；其中基础电解液中的六氟磷酸锂(LiPF6)的浓度为1mol/L；其中2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的0.3wt％；
S2：以LiNi0.83Mn0.05Co0.12O2(LNMC811)作为正极材料，金属锂电极为负极材料，隔膜采用celgard 2300
S3：将正极片放入正极壳中，正负极之间放入隔膜，放隔膜前后都要在电极上滴两滴电解液；放入金属锂片后再放钢片及弹片；将负极壳盖上后用封装机封装电池，组成LNMC811/Li的扣式电池，组装完的扣式锂电池需放在手套箱中静置12h后再进行各种表征和测试。
实施例2
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加量改为电解液总量的0.5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例3
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加量改为电解液总量的3wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例4
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加量改为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例5
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加量改为电解液总量的8wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例6
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加量改为电解液总量的10wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例7
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的0.3wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例8
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的0.5wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例9
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的3wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例10
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例11
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的8wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例12
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的10wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例13
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％，三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例14
一种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备电解液：在充满氩气的手套箱中，将摩尔质量比为3：5：7的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)混合后作为溶剂，并将六氟磷酸锂(LiPF6)溶解在溶剂中制备得到基础电解液，然后加入2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃，混合均匀后作为电解液；其中基础电解液中的六氟磷酸锂(LiPF6)的浓度为1mol/L；其中2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％；
S2：以LiNi0.83Mn0.05Co0.12O2(LNMC811)作为正极材料，金属锂电极为负极材料，隔膜采用celgard 2300
S3：将正极片放入正极壳中，正负极之间放入隔膜，放隔膜前后都要在电极上滴两滴电解液；放入金属锂片后再放钢片及弹片；将负极壳盖上后用封装机封装电池，组成LNMC811/Li的扣式电池，组装完的扣式锂电池需放在手套箱中静置12h后再进行各种表征和测试。
实施例15
与实施例14相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例16
与实施例14相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％，三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例17
一种锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备电解液：在充满氩气的手套箱中，将摩尔比为3：5的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)混合后作为溶剂，并将为四氟硼酸锂(LiBF4)溶解在溶剂中制备得到基础电解液，然后加入2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃，混合均匀后作为电解液；其中基础电解液中的六氟磷酸锂(LiPF6)的浓度为1mol/L；其中2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％；
S2：以LiNi0.83Mn0.05Co0.12O2(LNMC811)作为正极材料，金属锂电极为负极材料，隔膜采用celgard 2300
S3：将正极片放入正极壳中，正负极之间放入隔膜，放隔膜前后都要在电极上滴两滴电解液；放入金属锂片后再放钢片及弹片；将负极壳盖上后用封装机封装电池，组成LNMC811/Li的扣式电池，组装完的扣式锂电池需放在手套箱中静置12h后再进行各种表征和测试。
实施例18
与实施例17相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例19
与实施例17相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃和三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)的混合物，其中，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃添加质量百分比为电解液总量的5wt％，三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
实施例20
与实施例1相比，仅将溶剂等量替换成摩尔比为1：1的乙二醇二甲醚(DME)和二氧戊环(DOL)混合物，其余组分和步骤完全一致。
实施例21
与实施例1相比，仅将溶剂等量替换成摩尔比为1：1的碳酸二甲酯(DMC)和二氧戊环(DOL)混合物，其余组分和步骤完全一致。
实施例22
与实施例1相比，仅将溶剂等量替换成摩尔比为1：1的环丁砜(SL)和碳酸二乙酯(DEC)混合物，其余组分和步骤完全一致。
实施例23
与实施例1相比，仅将溶剂等量替换成离子液体N-丁基-N-甲基吡咯烷双三氟甲烷磺酰亚胺盐，其余组分和步骤完全一致。
对比例1
与实施例1相比，未添加2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃，其余组分和步骤完全一致。
对比例2
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成碳酸氟代亚乙酯(FEC)，其中，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
对比例3
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)，其中，三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
对比例4
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(TMSPi)，其中，三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(TMSPi)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
对比例5
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成三(三甲基硅基)磷酸酯(TMSP)，其中，三(三甲基硅基)磷酸酯(TMSP)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
对比例6
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(TMSPi)和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(TMSPi)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
对比例7
与实施例1相比，仅将2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃替换成三(三甲基硅基)磷酸酯(TMSP)和碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合物，其中，三(三甲基硅基)磷酸酯(TMSP)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，碳酸氟代亚乙酯(FEC)添加质量百分比为电解液总量的5wt％，其余组分和步骤完全一致。
性能检测
采用实施例1-19和对比例1-7的电解液制作锂离子电池来进行不同温度电池长循环性能测试，具体测试方法如下：
在25℃条件下，将电池以1C倍率的电流恒流充电至电压为4.2V，恒压充电至电流为1C，静置10min，然后用1C恒流放电至电压为3.0V，搁置时间10min，即完成一个充放电循环。以首次放电的容量为100％，反复按照上述充放电制度充放电，至放电容量衰减至80％时，停止测试。记录出各自的循环圈数，作为评价锂离子电池循环性能的指标。
同时，生物基锂离子电池在45℃、65℃时的循环性能的测试方法与上述25℃循环性能测试相同，区别在于测试条件为45℃和65℃。
锂离子电池的循环性能测试数据统计见下表1：
表1：实施例1-19、对比例1-7循环性能测试数据统计表
由表1可知，本实施例1-6中添加2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃的含量为5％时，制备出的锂离子电池性能更优异，25℃电池循环容量保持率达到80％时循环圈数为726，45℃电池循环容量保持率达到80％时循环圈数为586，65℃电池循环容量保持率达到80％时循环圈数为402。
由表1可知，本实施例7-13制备的电池相比于对比例1-3制备的电池，差异在于实施例7-13以2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃与碳酸氟代亚乙酯(或三(三甲基硅烷)硼酸酯)的混合联用作为添加剂，可以改善锂离子电池的循环性能，5％2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃+5％碳酸氟代亚乙酯作为电解质添加剂的电池具有最佳的电化学性能。
由表1可知，本实施例4、10和对比例4-7可以看出，2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃可以作为TMSP和TMSPi传统添加剂的新型替代品应用于锂离子电池，并能有效地提升电池性能。
由表1可知，本实施例14-23可以看出，同等条件下，改变电解液有机溶剂成分和电解质也会影响锂离子的电池性能。
综上，本发明的一种化合物2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃，首次作为电解液添加剂，具有可调性大、成本低等优点，适当控制该添加剂的添加比例及成分、优化锂电池电解液的配方可以提升锂电池的循环性能，也可以为下一代锂离子电池电解液添加剂的设计和应用提供新的思路。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种生物基锂电池添加剂，其特征在于，包括第一添加剂，所述第一添加剂为2，5-双[[(三甲硅基)氧基]甲基]呋喃。
2.根据权利要求1所述的一种生物基锂电池添加剂，其特征在于，还包括第二添加剂，所述第二添加剂为锂盐类添加剂、含氟类添加剂、氰基类添加剂、电聚合类添加剂、硅基类添加剂、砜类添加剂、硼酸盐添加剂中的一种或几种以任意比混合得到，所述第一添加剂与所述第二添加剂的质量比为(0.06-5)：1。
3.根据权利要求2所述的一种生物基锂电池添加剂，其特征在于，所述锂盐类添加剂包括二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种；所述含氟类添加剂包括碳酸氟代亚乙酯、双(三甲基甲硅烷基)2-甲基-2氟丙二酸酯、三(1,1,1,3,3,3-六氟丙烷)亚磷酸盐、2-(2,2,2-三氟乙氧基)-1,3,2-二氧杂磷2-氧化物、2-(2,2,3,3,3五氟丙氧基)-1,3,2-二氧杂磷2-氧化物中的至少一种；所述氰基类添加剂包括对甲苯磺酰甲基异氰化物；所述电聚合类添加剂包括甲基二磺酸亚甲酯、N，N二甲基甲酰胺、2-乙氧基-1,3,2-二氧杂磷2-氧化物中的至少一种；所述硅基类添加剂包括二苯甲基二甲氧基硅烷、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯中的至少一种；所述砜类添加剂包括双(4-氟苯基)砜；所述硼酸盐添加剂包括三(三甲基硅烷)硼酸酯、硼酸三乙醇胺中的至少一种。
4.一种电解液，包括锂盐、溶剂，其特征在于，还包括为权利要求1-2中任意一项所述的生物基锂电池添加剂。
5.根据权利要求4所述的一种电解液，其特征在于，以100重量份的所述电解液为基准，所述第一添加剂的含量为0.3-10重量份。
6.根据权利要求4所述的一种电解液，其特征在于，以100重量份的所述电解液为基准，所述锂盐的含量为0.5-15重量份。
7.根据权利要求4所述的一种电解液，其特征在于，所述锂盐为硼簇锂盐、非硼簇锂盐中的任一种；所述溶剂为碳酸酯类、醚类、砜类、腈类溶剂以及离子液体中的一种或几种以任意比混合得到。
8.根据权利要求7所述的一种电解液，其特征在于，所述硼簇锂盐包括四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种；所述非硼簇锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、双(三氟磺酰亚胺)锂、双(氟磺酰亚胺)锂中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的一种电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯以及碳酸二乙酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的至少一种；所述醚类溶剂包括四乙二醇二甲醚、二氧戊环、2-三氟甲基-3甲基四氟代戊烯、2-(三氟-2-氟-3-二氟环氧)-3-二氟-4-氟-5-三氟戊烷、四氢呋喃、2-甲基-四氢呋喃、乙二醇二甲醚中的至少一种；所述砜类溶剂包括环丁砜；所述腈类溶剂包括乙腈、丁二腈中的至少一种；所述离子液体包括1-甲基-1-丙基哌啶双(三氟甲磺酰)亚胺盐。
10.一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液以及隔膜，其特征在于，所述电解质为权利要求3-9中任意一项所述电解液。
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| CN202310758995.7A CN116706233A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种生物基锂电池添加剂、电解液和锂离子电池 |
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| CN (1) | CN116706233A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117543084A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-09 | 深圳海辰储能科技有限公司 | 电解液、储能装置以及用电设备 |
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2023
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