CN117096438A - 一种非水电解液和锂离子电池 - Google Patents

一种非水电解液和锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN117096438A
CN117096438A CN202310955368.2A CN202310955368A CN117096438A CN 117096438 A CN117096438 A CN 117096438A CN 202310955368 A CN202310955368 A CN 202310955368A CN 117096438 A CN117096438 A CN 117096438A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbonate
negative electrode
electrolytic solution
lithium
nonaqueous
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
CN202310955368.2A
Other languages
English (en)
Inventor
余乐
王子沅
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
Yuanyuan Power Technology Hebei 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
Yuanyuan Power Technology Hebei 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, Yuanyuan Power Technology Hebei 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 CN202310955368.2A priority Critical patent/CN117096438A/zh
Publication of CN117096438A publication Critical patent/CN117096438A/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
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte

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

本发明提供一种非水电解液和锂离子电池，具体涉及二次电池技术领域。所述非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷，两种添加剂搭配可在负极界面形成致密的LiCl‑有机寡聚物复合层，同时，四乙烯基硅烷也可以在正极界面形成保护层，显著改善电池的高温性能。

Description

一种非水电解液和锂离子电池
技术领域
本发明涉及二次电池技术领域，具体涉及一种非水电解液和锂离子电池。
背景技术
近年来，照相机、手机、手表、笔记本电脑、电动汽车等在人们的日常生活中日渐普及，锂离子电池由于具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高等特点被广泛应用于电子产品中。随着电池技术的不断发展，市场对锂离子电池的要求越来越高，减小尺寸，减轻重量，提高能量密度、延长使用寿命是电池产品行业的发展趋势与要求。
电解液是锂离子电池的重要组成部分，它在正负极之间起着传输锂离子的作用。电池的安全性、充放电循环性能、倍率性能及电池的充放电容量等都与电解液有重要的关系。目前，锂离子电池中的电解液还存在诸多不足，特别是在高电压下，锂离子电池的负极界面保护层(SEI膜)容易发生破裂和再修复，因此，无法避免电解液溶剂或其他添加剂发生电化学反应，从而产生气体。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种非水电解液和锂离子电池，以改善电池高温产气的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种非水电解液，该电解液包括非水有机溶剂、锂盐及添加剂，所述添加剂包括氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷，其中，所述氯代碳酸乙烯酯包括结构式如下所示的化合物：
式中，R基团选自Cl基团或CCl3基团。
在本发明一示例中，所述氯代碳酸乙烯酯在所述非水电解液中的质量百分含量为0.5％至5％。
在本发明一示例中，所述氯代碳酸乙烯酯在所述非水电解液中的质量百分含量为1％至2.5％。
在本发明一示例中，所述四乙烯基硅烷在所述非水电解液中的质量百分含量为0.1％至1％。
在本发明一示例中，所述四乙烯基硅烷在所述非水电解液中的质量百分含量为0.5％至1％。
在本发明一示例中，所述氯代碳酸乙烯酯的结构式为：
在本发明一示例中，所述锂盐包括六氟磷酸锂和/或双氟磺酰亚胺锂；所述非水电解液中所述锂盐的质量百分含量为8％至20％。
在本发明一示例中，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或两种，所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯种的一种或多种。
本发明另一方面提供一种锂离子电池，该电池包括正极极片、负极极片、隔膜和上述的非水电解液。
在本发明一示例中，所述负极极片包括集流盘和设置于所述集流盘至少一面上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括含硅负极材料。
在本发明一示例中，所述活性物质层在所述集流体上的单面涂覆面密度大于等于7.8mg/cm2，所述负极极片的压实密度大于等于1.6g/cm3。
本发明在非水电解液中引入氯代碳酸乙烯酯(ClEC)和四乙烯基硅烷(TVSi)，可以在负极形成致密的LiCl-有机寡聚物复合层(SEI膜)，有机寡聚物由ClEC的还原分解产物和TVSi共同混合而成，柔性较好，与负极界面具有良好的包覆效果；LiCl无机盐刚性较好，在负极和有机层外侧包覆使得界面层难以发生破裂，提高稳定性；同时由于正极材料的活性，TVSi也可以在正极界面形成保护层(CEI膜)，改善了电芯的高温性能。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围，范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
本发明提供一种非水电解液，该电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，锂盐和添加剂均溶于非水有机溶剂中，其中，添加剂包括氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷，氯代碳酸乙烯酯包括如下结构式所示的化合物：
式中，R基团选自Cl基团或CCl3基团。即，氯代碳酸乙烯酯可以是结构式(1)所示的化合物，也可以是结构式(2)所示的化合物，亦可以是结构式(1)和结构式(2)所示化合物以任意比例混合的组合物：
氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷搭配可以在负极形成致密的LiCl-有机寡聚物复合层，其中，有机寡聚物由氯代碳酸乙烯酯的还原分解产物和四乙烯基硅烷共同混合形成，柔性较好，与负极界面具有较好的包覆效果，LiCl无机盐刚性较好，在负极和有机层外侧包覆使得界面层难以发生破裂，提高稳定性；同时，由于正极材料的活性，四乙烯基硅烷也可以在正极界面形成保护层，极大的改善了电芯的高温性能。
较佳的，氯代碳酸乙烯酯为结构式(1)所示的化合物
研究发现结构式(1)所示的化合物搭配四乙烯基硅烷相较于结构式(2)所示的化合物搭配四乙烯基硅烷形成LiCl-有机寡聚物复合层的效率更高，因此，氯代碳酸乙烯酯优选为结构式(1)所示的化合物。
研究表明，非水电解液中的氯代碳酸乙烯酯含量过少，形成的SEI膜较少，无法完整包覆负极界面；非水电解液中的氯代碳酸乙烯酯含量过多，则形成的SEI膜过厚，不利于锂离子传输以及高温稳定性。非水电解液中的四乙烯基硅烷含量过多或过少，形成的SEI膜的稳定性都会变差。因此，非水电解液中的氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷的含量需设定在合适范围内，才能取得较佳的效果。
在一些实施例中，非水电解液中氯代碳酸乙烯酯的质量百分含量为0.5％至5％，例如，可以为0.5％、1％、3％或5％等上述数值范围内的任一数值。非水电解液中四乙烯基硅烷的质量百分含量为0.1％至1％，例如，可以为0.1％、0.5％或1％等上述范围内的任一数值。
进一步的，非水电解液中氯代碳酸乙烯酯的质量百分含量为1％至2.5％，例如，1.5％、2％、2.5％等等。非水电解液中四乙烯基硅烷的质量百分含量为0.5％至1％，例如，0.5％、0.7％、1.0％等。
需要说明的是，氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷皆可通过一般的商业手段购买得到或采用本领域常规的制备方法制备得到。
电解液中的非水有机溶剂用于溶解锂盐和功能性添加剂，非水有机溶剂可选用本领域常规的溶剂组合。较佳的，非水有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸脂，组合式溶剂相较于单一性溶剂可以互取优势，复合提升电解液的性能。作为示例，环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)中的一种或两种，例如，环状碳酸酯可以为碳酸乙烯酯，也可以为碳酸丙烯酯，亦可以为以任意比例混合的碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯。链状碳酸酯包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的至少一种，即链状碳酸酯可以是上述所列举种类中的任意一种，例如碳酸二甲酯，或者碳酸二乙酯，或者碳酸甲乙酯；也可以是上述所列举种类中的任意两种或三种以任意比例混合的组合物，例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的组合物，或者碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的组合物，或者碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的组合物。
电解液中的锂盐在非水有机溶剂中溶解后，可以释放大量活跃的锂离子，使电解液具有较好的电导率。为获得较佳的电解液，锂盐通常需具备以下特性：低解离能和较高的溶解度，低解离能保证锂盐溶解后形成的电解液具有较高的电导率，进而实现电池的高倍率；高溶解度保证电解液中具有足够的锂离子进行传输。较好的稳定性，当电池在高电压、高温下工作时，锂盐不会与其他组分发生反应。良好的SEI成膜性能，以保证后续循环过程中电解液不会被持续消耗。对铝集流体具有良好的钝化作用，防止高电压下腐蚀铝箔。成本低廉，无毒无公害。
作为示例，锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)和/或双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，即锂盐可以选用单独的六氟磷酸锂，也可以选用单独的双氟黄酰亚胺锂，亦可以选用六氟磷酸锂和双氟磺酰胺锂的组合物。在其他示例中，锂盐也可选自四乙烯基硅烷(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、草酸二氟硼酸锂(LiDFOB)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)等。较佳的，锂盐选自综合性能较好的六氟磷酸锂，或是以六氟磷酸锂为主，适量添加其他锂盐，取其优势，复合提升电解液性能。锂盐的浓度可按照本领域常规选择进行设置。作为示例，锂盐在非水电解液中的质量百分含量为8％至20％，例如8％、12.5％、15％或20％，等等。
本发明非水电解液按照常规的配置方法配置即可，例如，在手套箱内先将非水有机溶剂混合搅拌，然后加入锂盐，继续搅拌至锂盐完全溶解，最后加入氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷搅拌均匀。其中，手套箱中氮气含量为99.999％，手套箱中的实际氧含量为0.1ppm，水分含量为0.1ppm。
本发明第二方面提供一种锂离子电池，该电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液，在电池充放电过程中，锂离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出，隔膜设置在正极极片和负极极片之间，起到隔离的作用；电解液在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本发明锂离子电池的电解液为上文所述的非水电解液。
具体的，正极极片包括正极集流体和设置于正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层。其中，正极集流体可以采用具有良好导电性及机械强度的材质，例如铝箔。正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极活性物质层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。正极活性物质层包括正极材料、正极导电剂和正极粘结剂，此处对正极材料、正极导电剂及正极粘结剂不做具体限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。
作为示例，正极材料可选自三元材料、含锂磷酸盐，其中，三元材料包括锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、掺杂有金属离子的锂镍钴锰氧化物、掺杂有金属离子的锂镍钴铝氧化物，等；含锂磷酸盐包括磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂，等。正极粘结剂例如选自聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)等。正极导电剂例如选自炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等中的一种或以任意比例混合的两种或两种以上的组合物。
负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体至少一个表面上的负极活性物质层。负极集流体可以采用具有良好导电性及机械强度的材质，例如铜箔。负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极活性物质层设置在负极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。负极活性物质层包括负极材料、负极导电剂、负极粘结剂及增稠剂，此处对负极材料、负极导电剂及负极粘结剂的具体种类不做具体限制，可以采用本领域已知的能够用于锂离子电池中的材料，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。
较佳的，负极材料选用含硅负极材料，例如单质硅、硅氧化合物、硅碳化合物等。负极导电剂选自炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等中的一种或以任意比例混合的两种或两种以上的组合物。负极粘结剂选自聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)中的任意一种或以任意比例混合的几种组合物；增稠剂选自羧甲基纤维素(CMC)。
隔膜选用本领域常规的种类，例如选用PE多孔膜作为隔膜，隔膜的厚度为9至18μm，透气率为180s/100mL至380s/100mL；孔隙率为30％至50％。
锂离子电池的制备可按照常规方法进行，示例如下：
制备正极极片，将正极材料、正极导电剂和正极粘结剂分散于溶剂(例如N-甲基毗咯烷酮，简称NMP)中，形成均匀的正极浆料：将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，得到正极极片。正极浆料中各组分之间的比例可参照常规比例进行设定，在此不做限制。
制备负极极片，将负极材料、负极粘结剂、增稠剂和负极导电剂分散于去离子水中，形成均匀的负极浆料：将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，得到负极极片。其中，负极浆料中各组分之间的比例可参照常规比例进行设定，在此不做限制。
较佳的，在涂覆负极浆料时，负极活性物质层在负极集流体上的单面涂覆面密度大于等于7.8mg/cm2，进一步的，负极活性物质层在负极集流体上的单面涂覆面密度为7.8～11.2mg/cm3，例如，8.2mg/cm3、9.5mg/cm3、11.2mg/cm3等。经辊压后的负极极片的压实密度大于等于1.6g/cm3，进一步的，负极极片的压实密度为1.6～2.8g/cm3，例如，1.6g/cm3、2.0g/cm3或2.8g/cm3等。此涂覆面密度和压实密度下的硅氧负极配合氯代碳酸乙烯酯四乙烯基硅烷添加剂，对锂离子电池的高温性能改善效果更好。
电池组装：将制备好的负极极片、隔膜、正极极片依次按顺序叠放，并装入铝塑膜中得到干电芯，并将干电芯在80℃下烘烤除水。将配置好的电解液注入干电芯中封装得到成品锂离子电池。
下面通过几个具体的实施例和对比例对本发明的技术方案进行详细说明，除非另有说明，以下实施例中所使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过本领域的常规方法制备而得，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(1)所示的化合物和四乙烯基硅烷(TVSi)，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(1)所示化合物的质量百分含量为1％，四乙烯基硅烷的质量百分含量为0.5％。
实施例2
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(2)所示的化合物和四乙烯基硅烷，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(2)所示化合物的质量百分含量为1.5％，四乙烯基硅烷(TVSi)的质量百分含量为0.7％。
实施例3
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(1)所示的化合物和四乙烯基硅烷，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(1)所示化合物的质量百分含量为0.5％，四乙烯基硅烷(TVSi)的质量百分含量为0.5％。
实施例4
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(1)所示的化合物和四乙烯基硅烷，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(1)所示化合物的质量百分含量为2.5％，四乙烯基硅烷(TVSi)的质量百分含量为0.5％。
实施例5
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(1)所示的化合物和四乙烯基硅烷(TVSi)，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(1)所示化合物的质量百分含量为5％，四乙烯基硅烷的质量百分含量为0.5％。
实施例6
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(1)所示的化合物和四乙烯基硅烷(TVSi)，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(1)所示化合物的质量百分含量为1％，四乙烯基硅烷的质量百分含量为0.1％。
实施例7
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(1)所示的化合物和四乙烯基硅烷(TVSi)，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(1)所示化合物的质量百分含量为1％，四乙烯基硅烷的质量百分含量为0.25％。
实施例8
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比为3:5:2的比例混合均匀制得非水有机溶剂；将干燥后的六氟磷酸锂(LiPF6)加入到非水有机溶剂中混合均匀，再加入结构式(1)所示的化合物，和四乙烯基硅烷(TVSi)，混合均匀，制得非水电解液。其中，非水电解液中六氟磷酸锂的质量百分含量为12.5％，结构式(1)所示化合物的质量百分含量为1％，四乙烯基硅烷的质量百分含量为1％。
对比例1
本对比例与实施例1的区别点在于：本对比例不添加四乙烯基硅烷(TVSi)。
对比例2
本对比例与实施例1的区别点在于：本对比例不添加结构式(1)所示的化合物。
对比例3
本对比例与实施例1的区别点在于：本对比例不添加结构式(1)所示的化合物和四乙烯基硅烷(TVSi)。
对比例4
本对比例与实施例1的区别点在于：本对比例结构式(1)所示的化合物的添加量为7％，四乙烯基硅烷(TVSi)的添加量为3％。
对比例5
本对比例与实施例1的区别点在于：本对比例结构式(1)所示的化合物的添加量为7％，未添加四乙烯基硅烷(TVSi)。
对比例6
本对比例与实施例1的区别点在于：本对比例未添加结构式(1)所示的化合物，四乙烯基硅烷(TVSi)的添加量为3％。
将实施例1至8与对比例1至6制备的电解液分别用于锂离子电池中，以验证氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷的功效。锂离子电池的制备过程如下：
(1)正极极片：将正极活性物质LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2，导电剂乙炔黑，粘结剂聚偏二氟乙烯以95：3：2的质量比溶解于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合匀浆，涂覆于铝箔上，干燥、辊压、裁切得到正极极片。
(2)负极极片：将负极活性物质硅氧化合物、导电剂乙炔黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4混合后，加入去离子水，充分搅拌混合，得到负极浆料加入去离子水中混合匀浆，涂覆于铜箔上，干燥、辊压、裁切得到负极极片。
(3)隔膜：以厚度为11um的PE的多孔膜作为隔膜。
(4)电池组装：将所制备的正极极片、隔膜、负极极片依次进行叠片，使隔膜处于正、负极极片中间起到隔离的作用，装入铝塑膜中得到电芯；将干电芯在80℃下烘烤除水；将制备的电解液注入干电芯中封装得到成品锂离子电池。
将实施例1至8及对比例1至6的电解液组装的锂离子电池进行性能测试，测试结果参见表1，测试方法如下所示：
(1)45℃下高温循环1000圈的容量保持率：
调节恒温箱温度45℃，静置10min，1C恒流充电至4.25V，再4.25V恒压充电至0.05C截止，静置30min，再1C恒流放电到2.8V，记录初始放电容量C0；以1C/1C的充放电倍率、2.8-4.25V的电压区间，电芯循环1000圈后，记录循环1000圈后放电容量为C1，按照以下公式计算相对于循环前的锂离子电池的容量保持率：
45℃循环1000圈后的容量保持率＝C1/C0×100％。
(2)60℃高温存储30天的体积膨胀率：
在25℃下，将锂离子电池以1C恒流充电至4.25V，然后恒压充电至电流为0.05C，测试锂离子电池的体积记为X0。再将满充状态的电池置于60℃烘箱中存储30天，测试存储后的体积记为X1，按照以下公式计算相对于存储前的锂离子电池的体积膨胀率：
体积膨胀率(％)＝(X1-X0)/X0×100％。
表1：实施例1至8和对比例1至6制备电池的电池性能
对比实施例1和2可以看出，结构式(1)的化合物搭配TVSi对高温循环和高温存储产气性能的效果相较于结构式(2)的化合物搭配TVSi更好，说明结构式(1)的化合物搭配TVSi形成LiCl-有机寡聚物的复合结构的效率更高。
对比实施例1、3至5可以看出，固定TVSi的添加量，随着结构式(1)化合物的添加量的增多，高温循环容量保持率先增加后减小，高温存储产气量先减小后增大，说明结构式(1)的化合物存在最佳用量1％左右，此时能够保证形成的SEI膜均匀且厚度合适；结构式(1)的化合物用量过少时，形成的SEI膜较少，无法完整包覆负极界面；结合对比例4和5，可以看出结构式(1)的化合物用量过多时，形成的SEI膜会较厚，对锂离子传输以及高温稳定性并不好。
对比实施例1和6至8，可以看出，固定结构式(1)化合物的添加量，随着TVSi的添加量增多，高温循环容量保持率先增加后减小，高温存储产气量先减小后增大，说明TVSi的最佳用量在0.5％左右，TVSi加入过多或过少时，SEI膜的稳定性会变差，从而对电芯性能造成不良影响。
对比实施例1、对比例1及对比例2，在电解液中同时添加结构式(1)所示的化合物和TVSi，高温循环容量保持率大于单独添加一种添加剂，高温存储产气量低于单独添加一种添加剂，这说明只有两种添加剂同时存在的情况下才能在负极表面形成致密的LiCl-有机寡聚物复合层，改善电池的高温性能。
本发明在非水电解液中引入氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷，两者混合可以在负极界面形成致密的LiCl-有机寡聚物复合层，同时四乙烯基硅烷也可以在正极界面形成保护层，极大的改善了电芯的高温性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种非水电解液，其特征在于，包括：非水有机溶剂、锂盐及添加剂，所述添加剂包括氯代碳酸乙烯酯和四乙烯基硅烷，其中，所述氯代碳酸乙烯酯包括结构式如下所示的化合物：
式中，R基团选自Cl基团或CCl3基团。
2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述氯代碳酸乙烯酯在所述非水电解液中的质量百分含量为0.5％至5％。
3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述氯代碳酸乙烯酯在所述非水电解液中的质量百分含量为1％至2.5％。
4.根据权利要求1至3任一所述的非水电解液，其特征在于，所述四乙烯基硅烷在所述非水电解液中的质量百分含量为0.1％至1％。
5.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述四乙烯基硅烷在所述非水电解液中的质量百分含量为0.5％至1％。
6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述氯代碳酸乙烯酯的结构式为：
7.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂和/或双氟磺酰亚胺锂，所述锂盐在所述非水电解液中的质量百分含量为8％至20％。
8.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或两种，所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯种的一种或多种。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、隔膜和权利要求1至8任一所述的非水电解液。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极极片包括集流盘和设置于所述集流盘至少一面上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括含硅负极材料；和/或，所述活性物质层在所述集流体上的单面涂覆面密度大于等于7.8mg/cm2，所述负极极片的压实密度大于等于1.6g/cm3。
CN202310955368.2A 2023-07-31 2023-07-31 一种非水电解液和锂离子电池 Pending CN117096438A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310955368.2A CN117096438A (zh) 2023-07-31 2023-07-31 一种非水电解液和锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310955368.2A CN117096438A (zh) 2023-07-31 2023-07-31 一种非水电解液和锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117096438A true CN117096438A (zh) 2023-11-21

Family

ID=88769092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310955368.2A Pending CN117096438A (zh) 2023-07-31 2023-07-31 一种非水电解液和锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117096438A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230282836A1 (en) Lithium metal negative electrode plate, electrochemical apparatus, and electronic device
US20230307618A1 (en) Lithium metal negative electrode plate, electrochemical apparatus, and electronic device
WO2023040355A1 (zh) 负极极片及其制备方法、二次电池、电池模块、电池包、用电装置
CN110970662B (zh) 非水电解液及锂离子电池
CN110808411B (zh) 电解液及锂离子电池
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
CN113471533A (zh) 一种硅碳负极锂离子电池的电解液及锂离子电池
CN116895842A (zh) 一种锂离子电池及其应用
CN116544500A (zh) 一种钠离子电池用电解液和钠离子电池
CN114520370A (zh) 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN110649317B (zh) 硅基锂离子电池电解液和锂离子二次电池
JP2023550220A (ja) 電解液、二次電池及び電力消費装置
CN117096438A (zh) 一种非水电解液和锂离子电池
CN114583177B (zh) 电化学装置和包含该电化学装置的电子装置
CN116936933A (zh) 一种非水电解液和锂离子电池
CN116914251A (zh) 一种非水电解液和锂离子电池
CN116914250A (zh) 一种非水电解液和锂离子电池
US11996515B2 (en) Lithium-ion secondary battery, battery module, battery pack, and power consumption apparatus
WO2023184154A1 (zh) 一种电解液及其二次电池、电池模块、电池包和用电装置
WO2024040510A1 (zh) 二次电池的制备方法、二次电池及用电装置
WO2023216052A1 (zh) 一种电解液、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
CN113809396B (zh) 一种电解液及锂离子电池
WO2023230859A1 (zh) 二次电池及其制备方法、电池模块、电池包和用电装置
CN116885286A (zh) 一种锂离子电池及其应用

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