CN117954684A - 一种锂电池电解液及锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池电解液。为了获得高性能锂电池，本发明提供一种锂电池电解液，该锂电池电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，添加剂包括添加剂S，添加剂S的结构式为
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池电解液及锂电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、无记忆效应、可快速充放电和对环境污染小等优点，因此得到广泛的应用。然而随着对商用锂离子电池的能量密度、安全性能和使用寿命等性能提出更高要求，开发出能量密度高、循环性能好及高安全性的锂离子电池是行业发展的迫切需求。
锂离子电池在首次充电过程中，电解液会与碳负极反应，形成一层钝化膜(SEI膜)，充放电过程中，锂离子都必须通过SEI膜，所以SEI膜对锂离子电池的主要性能(如循环，高温和功率性能等)会产生重要的影响。SEI膜可阻止电解液进一步分解，减少负极界面上的副反应，但是随着充放电的进行，SEI膜可能会发生溶解、破裂、分解、重组或变厚等现象，导致电池出现内阻增加或产气等负面效应，从而影响电池的循环寿命、容量发挥和安全性能，这些负面效应在电池进行高温存储或高温循环时会更严重。此外，随着锂离子电池电压的提高，循环过程中正极侧也需要形成良好的钝化膜(CEI膜)。由于电解液中不同的添加剂或不同量的同一添加剂，都会导致形成的SEI膜的质量不一样，膜的阻抗也不同。因此，通过选择合适的添加剂和电解液的配方来改善SEI/CEI膜的质量，对实现高性能锂离子电池显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池电解液，该锂电池电解液能够改善锂离子电池常温循环，抑制高温搁置后的产气以及改善低温下放电效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂电池电解液，其包括溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括添加剂S，所述添加剂S的结构式为 其中，R1选自取代或未取代的烷基、取代或未取代的苯基、基团1或基团2，所述基团1的结构式为/>所述基团2的结构式为/>R3及R4分别独立地选自H、卤素或取代或未取代的烷基，R5选自取代或未取代的烷基；R2选自H、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基或氰基；R6选自O、取代或未取代的烷基或取代或未取代的苯基；R7、R8分别独立地选自取代或未取代的烷基。
优选地，所述R1选自碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基、取代或未取代的苯基、基团1或基团2，所述R3及R4分别独立地选自H、卤素或碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基，所述R5选自碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基。
优选地，所述R2选自H、卤素、碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基、碳原子数为1～3的烷氧基、碳原子数为1～3的取代或未取代的烯基或氰基。
优选地，所述R6选自O、碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基或取代或未取代的苯基。
优选地，所述R7、R8分别独立地选自碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基。
进一步优选地，所述R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及R8中取代基分别独立地选自卤素，所述卤素为F。
根据一些优选的实施方式，所述添加剂S包括
中的一种或多种。
优选地，所述添加剂S占所述锂电池电解液总质量的0.1～5％，例如0.1％、0.5％、1％、 1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％等。
进一步优选地，所述添加剂S占所述锂电池电解液总质量的2～3％。
优选地，所述溶剂包括碳酸酯类溶剂和/或羧酸酯类溶剂中的一种或多种。
进一步优选地，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种，所述羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯中的一种或多种。
优选地，所述溶剂包括碳酸二甲酯，及羧酸酯类溶剂中的一种或多种，所述碳酸二甲酯和羧酸酯类溶剂占所述锂电池电解液总质量的10～30％，例如10％、12％、14％、16％、18％、 20％、22％、24％、26％、28％、30％等。
根据一些优选的实施方式，所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯和碳酸甲乙酯。
根据另一些优选的实施方式，所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、丙酸丙酯和碳酸甲乙酯。
根据再一些优选的实施方式，所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、丁酸乙酯和碳酸甲乙酯。
优选地，所述锂盐选自LiClO4、LiPF6、LiTFSI、LiFSI中的一种或多种。
优选地，所述锂盐占所述锂电池电解液总质量的10～20％，例如10％、12％、14％、16％、 18％、20％等。
优选地，所述添加剂还包括氟代碳酸乙烯酯、腈类化合物、二氟磷酸锂、含硫化合物、酸酐类化合物中的一种或多种。所述腈类化合物包括但不限于己烷三腈，所述含硫化合物包括但不限于1,3-丙烷磺内酯，所述酸酐类化合物包括但不限于丁二酸酐。
本发明还提供一种锂电池，其包括如上述的锂电池电解液。
优选地，所述锂电池中的正极包括镍钴锰三元材料或钴酸锂材料；所述锂电池中的负极包括石墨或SiOx@C复合材料。
本发明与现有技术相比具有如下优势：
本发明中的锂电池电解液性能优异，能够改善锂离子电池常温循环性能，抑制高温搁置后的产气以及改善低温下放电效率，同时还能够改善锂离子电池在高电压下的常温循环性能。
具体实施方式
为了提升锂电池的常温、高温及低温性能，本发明提供一种锂电池电解液。该锂电池电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括添加剂S，所述添加剂S的结构式为
其中，R1选自取代或未取代的烷基、取代或未取代的苯基、基团1或基团2，所述基团 1的结构式为所述基团2的结构式为/>R3及R4分别独立地选自H、卤素或取代或未取代的烷基，R5选自取代或未取代的烷基；
R2选自H、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基或氰基；
R6选自O、取代或未取代的烷基或取代或未取代的苯基；
R7、R8分别独立地选自取代或未取代的烷基。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
在没有特别说明的情况下，下述实施例以及对比例中的添加剂S包括：
对照例1及实施例1-24
电解液：EC(碳酸乙烯酯)/PC(碳酸丙烯酯)/DMC(碳酸二甲酯)/EA(乙酸乙酯) /EMC(碳酸甲乙酯)/LiPF6(六氟磷酸锂)＝25/5/20/10/25/15(质量比)，电解液中的其他成分及用量参见表1。
正极：NCM811，负极：石墨。
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.2V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，在25℃条件下，将电池分别以1C电流充电至4.2V，然后搁置5分钟；电池以1C电流放电至2.8V，搁置5分钟，重复以上步骤300次；
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.2V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，将电池分别以0.2C电流充电至4.2V；同时测试各实施例制得的锂电池在在高温60℃下搁置30天后的鼓胀率，结果参见表1。
表1
实施例25-30及对照例2
与实施例1的区别在于电解液的组分不同，电解液组分及用量详见表2。
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.2V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，在25℃条件下，将电池分别以1C电流充电至4.2V，然后搁置5分钟；电池以1C电流放电至2.8V，搁置5分钟，重复以上步骤300次；
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.2V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，将电池分别以0.2C电流充电至4.2V；同时测试各实施例制得的锂电池在在高温60℃下搁置30天后的鼓胀率。
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.2V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，将电池分别以0.2C电流充电至4.2V；同时测试各实施例制得的锂电池在在低温-20℃下0.2C放电至2.8V。结果参见表2。
表2
其中，表2中的PP为丙酸丙酯，EB为丁酸乙酯。
对照例3及实施例31-42
电解液：EC/PC/DMC/EA/EMC/LiPF6＝25/5/20/10/25/15(质量比)；电解液还包括添加剂，添加剂包括5wt％FEC(氟代碳酸乙烯酯)、2wt％HTCN(己烷三腈)、1wt％LiPF2O2(二氟磷酸锂)及添加剂S，添加剂S的成分及用量参见表3。
正极：4.4V LCO；负极：SiOx@C材料。
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.4V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，在25℃条件下，将电池分别以1C电流充电至4.4V，然后搁置5分钟；电池以1C电流放电至2.8V，搁置5分钟，重复以上步骤300次。
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.4V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，将电池分别以0.2C电流充电至4.4V；同时测试各实施例制得的锂电池在在高温60℃下搁置7天后的鼓胀率。
结果参见表3。
表3
对照例4-6及实施例43-45
与实施例31的区别在于添加剂的组分不同，添加剂组分及用量详见表4。
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.4V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，在25℃条件下，将电池分别以1C电流充电至4.4V，然后搁置5分钟；电池以1C电流放电至2.8V，搁置5分钟，重复以上步骤300次。
将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，测试各实施例制得的锂电池在25℃条件下，将电池分别以0.1C电流充电至4.4V，然后搁置5分钟；电池以0.1C电流放电至2.8V，搁置5分钟。电池经过化成后，将电池分别以0.2C电流充电至4.4V；同时测试各实施例制得的锂电池在在高温60℃下搁置7天后的鼓胀率。
结果参见表4。
表4
其中，表4中的PS为1,3-丙烷磺内酯；SA为丁二酸酐。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种锂电池电解液，其包括溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂包括添加剂S，所述添加剂S的结构式为
其中，R1选自取代或未取代的烷基、取代或未取代的苯基、基团1或基团2，所述基团1的结构式为所述基团2的结构式为/>R3及R4分别独立地选自H、卤素或取代或未取代的烷基，R5选自取代或未取代的烷基；
R2选自H、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烯基或氰基；
R6选自O、取代或未取代的烷基或取代或未取代的苯基；
R7、R8分别独立地选自取代或未取代的烷基。
2.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述R1选自碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基、取代或未取代的苯基、基团1或基团2，所述R3及R4分别独立地选自H、卤素或碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基，所述R5选自碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基；和/或，
所述R2选自H、卤素、碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基、碳原子数为1～3的烷氧基、碳原子数为1～3的取代或未取代的烯基或氰基；和/或，
所述R6选自O、碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基或取代或未取代的苯基；
所述R7、R8分别独立地选自碳原子数为1～3的取代或未取代的烷基。
3.根据权利要求2所述的锂电池电解液，其特征在于：所述R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及R8中取代基分别独立地选自卤素，所述卤素为F。
4.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述添加剂S包括
中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述添加剂S占所述锂电池电解液总质量的0.1～5％。
6.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述溶剂包括碳酸酯类溶剂和/或羧酸酯类溶剂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的锂电池电解液，其特征在于：所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种，所述羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯中的一种或多种；和/或，
所述溶剂包括碳酸二甲酯，及羧酸酯类溶剂中的一种或多种，所述碳酸二甲酯和羧酸酯类溶剂占所述锂电池电解液总质量的10～30％。
8.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述锂盐选自LiClO4、LiPF6、LiTFSI、LiFSI中的一种或多种；和/或，
所述锂盐占所述锂电池电解液总质量的10～20％。
9.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述添加剂还包括氟代碳酸乙烯酯、腈类化合物、二氟磷酸锂、含硫化合物、酸酐类化合物中的一种或多种。
10.一种锂电池，其特征在于：所述锂电池包括如权利要求1至9中任一项所述的锂电池电解液。
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| CN202211285593.1A CN117954684A (zh) | 2022-10-20 | 2022-10-20 | 一种锂电池电解液及锂电池 |
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Family Applications (1)
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2022
- 2022-10-20 CN CN202211285593.1A patent/CN117954684A/zh active Pending
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