CN117790906A - 一种锂离子电池电解液用添加剂、磷酸锰铁锂电池电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂离子电池电解液用添加剂、磷酸锰铁锂电池电解液。电解液包括添加剂、锂盐以及碳酸酯类溶剂，其中，添加剂可以为乙酸三甲基硅甲基酯、乙酰氧基甲基三甲氧基硅烷、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷、乙酰氧基甲基三乙氧基硅烷、(乙酸基)乙酰氧基乙基二甲基氯硅烷和2‑乙酰氧基乙基三氯硅烷中的一种或几种混合物。本发明有利于改善磷酸锰铁锂正极材料倍率性能、安全性能和循环性能，为磷酸锰铁锂电池电解液的发展提供了有价值的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，更具体地讲，涉及一种添加剂、磷酸锰铁锂电池电解液。
背景技术
目前，发展磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸锰铁锂、三元(镍钴锰)等正极材料，加快推动石墨、氧化亚硅等负极材料布局，同步提升电解液、隔膜、铜箔、铝箔等电池材料生产能力，已被列为新能源电池产业重点发展方向。其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，直接决定了电池的成本及能量密度、循环寿命、安全性等关键性能。
磷酸铁锂(LiFePO4)因其价格低廉、安全稳定、绿色无毒等特性是目前商业化的锂离子电池正极材料中能在大规模储能上应用的首选材料体系。然而，LiFePO4电池工作电压在3.2V左右，低于目前商用的LiCoO2、LiNi1-x-yCoxAl(Mn)yO2等锂离子电池工作电压(3.6～3.7V)，这大大限制了LiFePO4的应用范围。磷酸锰铁锂正极材料中Mn2+/Mn3+相对于Li/Li+的理论电压平台为4.1V，能量密度比磷酸铁锂高近20％，理论上可以代替价格昂贵的钴酸锂和三元正极材料。然而，磷酸锰铁锂正极材料仍存在一些问题:(1)离子电导率和电子电导率低；(2)Mn2+在电解液中的溶解；(3)Mn3+产生的Jahn-Teller效应，加剧Mn的溶出，迁移至负极材料表面，破坏SEI膜；(4)与电解质发生副反应，生成产物Li4P2O7等，正极材料逐渐失去活性。这些问题导致该类材料实际比容量、倍率性能和循环性能等欠佳，制约了其进一步发展。
电解液是对锂离子电池性能起关键作用的一个组分。然而，电解液添加剂是提高电池性能最经济有效的方法，其具有低用量和强针对性等优点，并且对电池的制造成本和生产工艺影响较小。因此，开发一种与磷酸锰铁锂正极材料相匹配的多功能添加剂在材料表面形成稳定的界面膜，对于磷酸锰铁锂电池具有十分重要的研究意义和商业价值。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种可抑制磷酸锰铁锂中Mn的溶解，可参与稳定且坚固的CEI层的形成，可清除电解液中的HF，从而提高磷酸锰铁锂正极材料电化学性能的电解液。
本发明的一方面提供了一种锂离子电池电解液用添加剂，添加剂的结构通式可以为：
其中，n＝1，2或3；R1、R2、R3、R4可以各自为独立的氢原子或氯原子，为碳原子数为1-5的直链烃基，为碳原子数为1-5的支链烃基，或者为碳原子数为1-3的烷氧基。
进一步地，添加剂可以为乙酸三甲基硅甲基酯、乙酰氧基甲基三甲氧基硅烷、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷、乙酰氧基甲基三乙氧基硅烷、(乙酸基)乙酰氧基乙基二甲基氯硅烷和2-乙酰氧基乙基三氯硅烷中的一种或几种的混合物。
本发明的另一方面提供了一种磷酸锰铁锂电池电解液，可以包括以上所述的锂离子电池电解液用添加剂、锂盐以及碳酸酯类溶剂。
进一步地，锂盐可以为六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂和双草酸二氟磷酸锂中的一种或几种的混合物。
进一步地，溶剂可以为碳酸酯类溶剂。
进一步地，碳酸酯类溶剂可以包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的至少两种的混合物。
进一步地，添加剂可以占电解液总质量的0.5％～2％。
进一步地，锂盐可以占电解液总质量的10％～15％，浓度可以为1mol/L～2mol/L；溶剂可以占电解液总质量的60％～85％。
本发明的再一方面提供一种磷酸锰铁锂电池，可以包括磷酸锰铁锂正极极片、负极极片、隔膜以及以上所述的磷酸锰铁锂电池电解液。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包含以下中的至少一项：
(1)本发明的添加剂含有硅组分可参与稳定且坚固的CEI层的形成，形成的坚固且均匀的CEI层可以有效抑制电解液氧化分解、过渡金属的溶解/沉积以及活性氧的释放。
(2)本发明的添加剂是含有硅的化合物，可在抑制水分的同时清除HF，减弱对正极材料的侵蚀作用。
(3)本发明的添加剂有利于改善磷酸锰铁锂正极材料倍率性能、安全性能和循环性能，为磷酸锰铁锂电池电解液的发展提供了有价值的指导意义。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1为实施例2与对比例1的磷酸锰铁锂电池在常温下的循环性能和库仑效率图；
图2为实施例6与对比例1的磷酸锰铁锂电池在常温下的循环性能和库仑效率图；
图3为实施例8与对比例2的磷酸锰铁锂电池在常温下的循环性能和库仑效率图；
图4为实施例13与对比例1的磷酸锰铁锂电池在常温下的循环性能和库仑效率图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的一种添加剂、磷酸锰铁锂电池电解液。
本发明的一方面提供了一种磷酸铁锰锂电池电解液用添加剂。在一些实施方案中，添加剂为一种含Si化合物的添加剂，添加剂的结构通式可以为：
其中，n＝1，2或3；R1、R2、R3、R4各自为独立的氢原子或氯原子，碳原子数为1-5的直链烃基，碳原子数为1-5的支链烃基，或者碳原子数为1-3的烷氧基。
在一些实施方案中，添加剂可以为乙酸三甲基硅甲基酯(AMTS)、乙酰氧基甲基三甲氧基硅烷(AOMTMS)、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷(AOETMS)、乙酰氧基甲基三乙氧基硅烷(AOMTES)、(乙酸基)乙酰氧基乙基二甲基氯硅烷(AOEDCS)、2-乙酰氧基乙基三氯硅烷(2-AOETCS)中的一种或几种的混合物。
本发明的另一方面提供了磷酸锰铁锂电池电解液。在一些实施方案中，电解液可以包括以上所述的锂离子电池电解液用添加剂、锂盐以及碳酸酯类溶剂。
在一些实施方案中，锂盐可以为六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲基磺酸锂(LiSO3CF3)、双草酸二氟磷酸锂[Li(C2O4)2PF2]中的一种或几种的混合物。当然，本发明的锂盐不限于此，现有的锂电池用锂盐均可。
在一些实施方案中，溶剂可以为碳酸酯类溶剂。例如，碳酸酯类溶剂可以包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸甲丙酯(MPC)中至少两种的混合物。当然，本发明的溶剂不限于此，现有的锂电池用碳酸酯类溶剂均可。
在一些实施方案中，添加剂可以占电解液总质量的0.5％～2％。例如，添加剂的可以占电解液总质量的0.6％～1.8％、0.7％～1.6％、0.9％～1.4％、1.0％～1.3％、0.8％～1.2％或者以上范围的组合。
在一些实施方案中，锂盐可以占电解液总质量的10％～15％，浓度可以为1mol/L～2mol/L。溶剂可以占电解液总质量的60％～85％。例如，锂盐可以占电解液总质量的11％～14％，浓度可以为1.2mol/L～1.8mol/L；或者锂盐可以占电解液总质量的12％～13％，浓度可以为1.4mol/L～1.6mol/L。溶剂可以占电解液总质量的62％～83％、65％～80％、68％～75％或者以上范围的组合。
本发明的再一方面提供了一种磷酸锰铁锂电池。在一些实施方案中，磷酸锰铁锂电池可以包括磷酸锰铁锂正极极片、负极极片、隔膜以及以上所述的磷酸锰铁锂电池电解液。
为了更好地理解本发明，下面结合具体示例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的示例。
以下实施例和对比例中，磷酸锰铁锂电池极片的制备、扣式电池的组装方法和电池性能测试方式一致，电解液的配方不同。
极片的制备包括：
将磷酸锰铁锂正极材料粉末、导电碳黑(Super P)与聚偏氟乙烯(PVDF)按8:1:1的质量比在玛瑙研钵中充分研磨10min，随后在研磨过的均匀混合粉末中滴加适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)，快速充分湿磨6min，形成均匀的黑色浆料。将黑色浆料涂覆在铝箔上，置于120℃的真空干燥箱中干燥5h。将干燥后的极片取出，置于辊压机中压实，用手动切片机将其冲压成直径为13mm的圆形极片，作为组装电池的正极；金属锂片作为电池的负极。
扣式半电池的组装：
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。将磷酸锰铁锂正极极片、电解液、隔膜、金属锂片和泡沫镍网依次放入正极壳中，随后盖上负极壳，将电池置于用电池封口机中，封装成CR2025型的扣式电池。
电池性能测试:
在25℃下，使用新威电池测试系统在恒流模式下对组装后的扣式电池进行测试，电压范围为2.5V～4.5V，测试了电池在1C倍率下的长循环性能。
实施例1
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为0.5％的乙酸三甲基硅甲基酯(AMTS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例2
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸甲乙酯(EMC):碳酸丙烯酯(PC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为1.0％的乙酸三甲基硅甲基酯(AMTS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例3
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为1.5％的乙酸三甲基硅甲基酯(AMTS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例4
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸甲乙酯(EMC):碳酸丙烯酯(PC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为2.0％的乙酸三甲基硅甲基酯(AMTS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例5
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为2.5％的乙酸三甲基硅甲基酯(AMTS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例6
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为0.5％的乙酰氧基甲基三甲氧基硅烷(AOMTMS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例7
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)，浓度为1.5mol/L，有机溶剂为碳酸甲乙酯(EMC):碳酸丙烯酯(PC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为1.5％的乙酰氧基甲基三甲氧基硅烷(AOMTMS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例8
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)，浓度分别为1.6和0.4mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为0.5％的乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷(AOETMS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例9
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，浓度为1.5mol/L，有机溶剂为碳酸甲乙酯(EMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为1％的乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷(AOETMS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例10
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)，浓度分别为1.3和0.2mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为0.5％的乙酰氧基甲基三乙氧基硅烷(AOMTES)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例11
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸丙烯酯(PC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为1.5％的乙酰氧基甲基三乙氧基硅烷(AOMTES)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例12
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)，浓度为1.5mol/L，有机溶剂为碳酸甲乙酯(EMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为1.5％的(乙酸基)乙酰氧基乙基二甲基氯硅烷(AOEDCS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例13
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1.0mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为2％的(乙酸基)乙酰氧基乙基二甲基氯硅烷(AOEDCS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例14
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为2.0mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为0.5％的2-乙酰氧基乙基三氯硅烷(2-AOETCS)，摇晃均匀得到所配电解液。
实施例15
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，浓度为2.0mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，加入质量百分数为1％的2-乙酰氧基乙基三氯硅烷(2-AOETCS)，摇晃均匀得到所配电解液。
对比例1
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，浓度为1mol/L，有机溶剂为碳酸二甲酯(DMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，摇晃均匀得到基础电解液。
对比例2
在充满氩气气氛下的惰性手套箱中，手套箱的水含量和氧含量均控制在0.01ppm以下。锂盐为二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)，浓度分别为1.3mol/L和0.2mol/L，有机溶剂为碳酸甲乙酯(EMC):碳酸乙烯酯(EC)＝7:3(体积比)混合均匀，摇晃均匀得到基础电解液。
实施例1～15以及对比例1、2的电解液组成以及组装电池后的性能测试如下表1所示。
表1各实施例以及对比例的电解液组成以及电池性能测试性能表
图1示出了实施例2与对比例1的磷酸锰铁锂电池在常温下的循环性能和库仑效率图，如图1和表1所示，相比于未加入添加剂，加入乙酸三甲基硅甲基酯(AMTS)添加剂后电池的比容量以及循环性能均有所提高。同样地，如图2、图3以及表1所示，相比于未加入添加剂，加入乙酰氧基甲基三甲氧基硅烷(AOMTMS)、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷(AOETMS)添加剂后电池的比容量以及循环性能均有所提高。图4示出了实施例13与对比例1的磷酸锰铁锂电池在常温下的循环性能和库仑效率图，说明引入质量分数2％的(乙酸基)乙酰氧基乙基二甲基氯硅烷(AOEDCS)至六氟磷酸锂电解液中可以提高电池的比容量、平均库仑效率以及循环稳定性。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (9)
1.一种锂离子电池电解液用添加剂，其特征在于，结构通式为：
其中，n＝1，2或3；R1、R2、R3、R4各自为独立的氢原子或氯原子，为碳原子数为1-5的直链烃基，为碳原子数为1-5的支链烃基，或者为碳原子数为1-3的烷氧基。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液用添加剂，其特征在于，添加剂为乙酸三甲基硅甲基酯、乙酰氧基甲基三甲氧基硅烷、乙酰氧基乙基三甲氧基硅烷、乙酰氧基甲基三乙氧基硅烷、(乙酸基)乙酰氧基乙基二甲基氯硅烷和2-乙酰氧基乙基三氯硅烷中的一种或几种混合物。
3.一种磷酸锰铁锂电池电解液，其特征在于，包括权利要求1或2所述的锂离子电池电解液用添加剂、锂盐以及碳酸酯类溶剂。
4.根据权利要求3所述的磷酸锰铁锂电池电解液，其特征在于，锂盐为六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂和双草酸二氟磷酸锂中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求3或4所述的磷酸锰铁锂电池电解液，其特征在于，溶剂为碳酸酯类溶剂。
6.根据权利要求5所述的磷酸锰铁锂电池电解液，其特征在于，碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的至少两种。
7.根据权利要求3、4、5或6所述的磷酸锰铁锂电池电解液，其特征在于，添加剂占电解液总质量的0.5％～2％。
8.根据权利要求3、4、5或6所述的磷酸锰铁锂电池电解液，其特征在于，锂盐占电解液总质量的10％～15％，浓度为1mol/L～2mol/L；溶剂占电解液总质量的60％～85％。
9.一种磷酸锰铁锂电池，其特征在于，包括磷酸锰铁锂正极极片、负极极片、隔膜以及权利要求3～8中任一项所述的磷酸锰铁锂电池电解液。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2582568A (en) * | 1947-08-26 | 1952-01-15 | Dow Corning | Silicon-containing esters |
| JPH03236169A (ja) * | 1990-02-13 | 1991-10-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化学電池 |
| JP2015092470A (ja) * | 2013-10-04 | 2015-05-14 | 旭化成株式会社 | 電解液及びリチウムイオン二次電池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2582568A (en) * | 1947-08-26 | 1952-01-15 | Dow Corning | Silicon-containing esters |
| JPH03236169A (ja) * | 1990-02-13 | 1991-10-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化学電池 |
| JP2015092470A (ja) * | 2013-10-04 | 2015-05-14 | 旭化成株式会社 | 電解液及びリチウムイオン二次電池 |
| CN115360412A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-11-18 | 力神（青岛）新能源有限公司 | 一种用于磷酸锰铁锂电池的电解液及制备方法和磷酸锰铁锂电池 |
| CN117080564A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-11-17 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电解液、电池单体、电池和用电装置 |
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