CN115548442A - 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池电解液及其锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN115548442A
CN115548442A CN202211295650.4A CN202211295650A CN115548442A CN 115548442 A CN115548442 A CN 115548442A CN 202211295650 A CN202211295650 A CN 202211295650A CN 115548442 A CN115548442 A CN 115548442A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
ion battery
compound
lithium ion
formula
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
CN202211295650.4A
Other languages
English (en)
Inventor
段凯嘉
李枫
张昌明
肖阳
胡大林
廖兴群
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.)
Huizhou Highpower Technology Co Ltd
Original Assignee
Huizhou Highpower Technology 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 Huizhou Highpower Technology Co Ltd filed Critical Huizhou Highpower Technology Co Ltd
Priority to CN202211295650.4A priority Critical patent/CN115548442A/zh
Publication of CN115548442A publication Critical patent/CN115548442A/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
    • H01M10/052—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
    • 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
    • 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

本发明公开了一种锂离子电池电解液及其锂离子电池，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂；所述添加剂包括式Ⅰ结构的磷酸硅氧烷类化合物A，和/或式Ⅱ结构的硫酸锂盐类化合物B，和/或式Ⅲ结构的三异氰酸酯基类化合物C，和/或成膜添加剂D；
Figure DDA0003902610340000011
式Ⅰ中，R1、R2选自1‑5个碳原子的烷烃基、烯烃基、炔烃基，R3、R4、R5、R6、R7、R8选自1‑5个碳原子的烷基、烯烃基、炔烃基或三氟甲基、氟原子；式Ⅱ中，X选自1‑5个碳原子的烯烃基、炔烃基或被氟原子取代的烷烃基；式Ⅲ中，Y选自1‑10个碳原子的烷烃基或被氟原子取代的1‑10个碳原子的烷烃基。

Description

一种锂离子电池电解液及其锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液及其锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有比能量高、无记忆效应、绿色环保等优点，目前被广泛应用于消费类电子产品以及动力电池中。随着锂离子电池市场规模的扩大，对其综合性能也提出了更高的需求。
随着对锂离子电池研究发展，锂离子电池的性能提升达到了瓶颈。因此，亟需一种可以显著提升锂离子电池的综合性能电解液。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池电解液及其锂离子电池，能够显著提升锂离子电池的综合性能。
本发明公开了一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂；所述添加剂包括式Ⅰ结构的磷酸硅氧烷类化合物A，和/或式Ⅱ结构的硫酸锂盐类化合物B，和/或式Ⅲ结构的三异氰酸酯基类化合物C，和/或成膜添加剂D，
Figure BDA0003902610330000011
Figure BDA0003902610330000021
式Ⅰ中，R1、R2选自1-5个碳原子的烷烃基、烯烃基、炔烃基，R3、R4、R5、R6、R7、R8选自1-5个碳原子的烷基、烯烃基、炔烃基或三氟甲基、氟原子；式Ⅱ中，X选自1-5个碳原子的烯烃基、炔烃基或被氟原子取代的烷烃基；式Ⅲ中，Y选自1-10个碳原子的烷烃基或被氟原子取代的1-10个碳原子的烷烃基；
成膜添加剂D选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、丙烯磺酸内酯(PST)、丁二腈(SN)、己二腈(ADN)、1,3,6-己烷三腈(HTCN)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)中的两种或两种以上，其中一种至少有FEC；其中，按质量百分比计，所述FEC的含量占有机溶剂总质量的0.5～20wt％，剩余种类的所述成膜添加剂D的含量占有机溶剂总质量的0.1～8wt％；
按质量百分比计，所述磷酸硅氧烷类化合物A、所述硫酸锂盐类化合物B、所述三异氰酸酯基类化合物C分别占所述有机溶剂总质量的0.1～3wt％。
可选地，所述磷酸硅氧烷类化合物A的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000022
可选地，所述硫酸锂盐类化合物B的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000031
可选地，所述三异氰酸酯基类化合物C的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000032
可选地，所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.5M～2M。
可选地，所述锂盐选自六氟磷酸盐、六氟砷酸盐、高氯酸盐、三氟磺酰锂、二氟(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂中的一种或多种。
可选地，所述锂盐在所述电解液中的浓度为1.1M。
可选地，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、四氢呋喃、氟代有机溶剂中的两种或两种以上，其中一种至少有氟代有机溶剂；所述氟代有机溶剂结构式如下：
Figure BDA0003902610330000033
其中，Z1、Z2选自被1-6个氟原子取代的1-5个碳原子的烷烃基、烯烃基。
可选地，所述氟代有机溶剂的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000041
本发明还公开了一种锂离子电池，包括如上述的锂离子电池电解液。
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明中具有式Ⅰ结构的磷酸硅氧烷类化合物A具有的硅氧烷结构可以有效的清除电解液中的痕量水分和电解液分解的酸性产物HF，避免HF侵蚀电极材料造成材料结构破坏。Si-O键能够耐受更高的温度，具有更优的热稳定性，有效的提升了电池的抗热冲击能力和高温循环性能。硅氧烷结构与磷酸根可以调控SEI膜中的LiF成分，形成的SEI膜孔洞多通透性好有效降低了电池的内阻。
(2)本发明中具有式Ⅱ结构的硫酸锂盐类化合物B中不饱和烯烃结构和氟元素有利于添加剂参与电极界面膜的形成，添加剂的硫酸锂结构可以在电极表面形成电导率高的SEI膜成分，与添加剂A协同作用有效降低电池内阻，提升电池的低温倍率性能。
(3)本发明中三异氰酸酯基类化合物C中的异氰酸酯基团可以在正极形成较好的保护膜，在正极络合过渡金属离子，抑制金属离子的溶出和电解液在正极的分解。连接异氰酸酯基团的烷基上的氢原子被氟原子取代后会导致活化能降低并降低HOMO-LUMO能级，从而使得添加剂还原电位和氧化电位升高。高的还原电位可形成有效的SEI膜，进一步抑制电解液的过度分解并明显改善电池的循环性能。HOMO-LUMO能级，统称前线轨道，分别指最高占据分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital)和最低未占分子轨道(LowestUnoccupied Molecular Orbital)。
(4)本发明中成膜添加剂D中的FEC可以持续修饰循环过程中遭到破坏的SEI膜，避免电极界面与电解液直接接触发生副反应，有效提升了电池循环性能。FEC在高温下容易分解生成HF，而磷酸硅氧烷类化合物A可以有效清除HF，因此磷酸硅氧烷类化合物A和成膜添加剂D具有协同作用。
(5)本发明中氟代有机溶剂中的F原子具有强电负性和弱极性，使得氟代溶剂具有较高的耐氧化能力。发明者通过大量实验发现，若氟原子取代过多或链烃过长，都容易导致溶剂的粘度增加反而不利于提升电池的低温倍率性能。
(6)本发明中上述四种添加剂与氟代溶剂共同用在电解液中可以相互影响，与只使用其中一种或两三种相比，可有效提高电解液的性能。
(7)本发明提供的电解液，通过磷酸硅氧烷类化合物A、硫酸锂盐类化合物B、三异氰酸酯基类化合物C、成膜添加剂D的以及氟代溶剂的协同作用，电解液在电极表面成膜性能优良，添加剂可有效清除电解液的酸性副产物、电解液的耐氧化能力和热稳定性更强，使得锂离子电池高温循环性能、抗热冲击能力、低温放电能力等均得到有效的改善。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
下面可选的实施例对本发明作详细说明。
作为本发明的一实施例，公开了一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂；所述添加剂包括式Ⅰ结构的磷酸硅氧烷类化合物A，和/或式Ⅱ结构的硫酸锂盐类化合物B，和/或式Ⅲ结构的三异氰酸酯基类化合物C，和/或成膜添加剂D，
Figure BDA0003902610330000061
式Ⅰ中，R1、R2选自1-5个碳原子的烷烃基、烯烃基、炔烃基，R3、R4、R5、R6、R7、R8选自1-5个碳原子的烷基、烯烃基、炔烃基或三氟甲基、氟原子；式Ⅱ中，X选自1-5个碳原子的烯烃基、炔烃基或被氟原子取代的烷烃基；式Ⅲ中，Y选自1-10个碳原子的烷烃基或被氟原子取代的1-10个碳原子的烷烃基。
成膜添加剂D选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、丙烯磺酸内酯(PST)、丁二腈(SN)、己二腈(ADN)、1,3,6-己烷三腈(HTCN)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)中的两种或两种以上，其中一种至少有FEC；其中，按质量百分比计，所述FEC的含量占有机溶剂总质量的0.5～20wt％，所述剩余种类的成膜添加剂D的含量占有机溶剂总质量的0.1～8wt％。
按质量百分比计，所述磷酸硅氧烷类化合物A、所述硫酸锂盐类化合物B、所述三异氰酸酯基类化合物C分别占所述有机溶剂总质量的0.1～3wt％。
具体地，所述磷酸硅氧烷类化合物A的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000071
具体地，所述硫酸锂盐类化合物B的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000072
具体地，所述三异氰酸酯基类化合物C的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000073
具体地，所述锂盐选自六氟磷酸盐、六氟砷酸盐、高氯酸盐、三氟磺酰锂、二氟(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂中的一种或多种。
具体地，所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.5M～2M。具体地，锂盐的浓度可以为0.5M、0.6M、0.7M、0.8M、0.9M、1M、1.1M、1.2M、1.3M、1.4M、1.5M、1.6M、1.7M、1.8M、1.9M、2M。
具体地，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、四氢呋喃、氟代有机溶剂中的两种或两种以上，其中一种至少有氟代有机溶剂；所述氟代有机溶剂结构式如下：
Figure BDA0003902610330000081
其中，Z1、Z2选自被1-6个氟原子取代的1-5个碳原子的烷烃基、烯烃基。
具体地，所述氟代有机溶剂的结构式为以下中的一种：
Figure BDA0003902610330000082
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明中具有式Ⅰ结构的磷酸硅氧烷类化合物A具有的硅氧烷结构可以有效的清除电解液中的痕量水分和电解液分解的酸性产物HF，避免HF侵蚀电极材料造成材料结构破坏。Si-O键能够耐受更高的温度，具有更优的热稳定性，有效的提升了电池的抗热冲击能力和高温循环性能。硅氧烷结构与磷酸根可以调控SEI膜中的LiF成分，形成的SEI膜孔洞多通透性好有效降低了电池的内阻。
(2)本发明中具有式Ⅱ结构的硫酸锂盐类化合物B中不饱和烯烃结构和氟元素有利于添加剂参与电极界面膜的形成，添加剂的硫酸锂结构可以在电极表面形成电导率高的SEI膜成分，与添加剂A协同作用有效降低电池内阻，提升电池的低温倍率性能。
(3)本发明中三异氰酸酯基类化合物C中的异氰酸酯基团可以在正极形成较好的保护膜，在正极络合过渡金属离子，抑制金属离子的溶出和电解液在正极的分解。连接异氰酸酯基团的烷基上的氢原子被氟原子取代后会导致活化能降低并降低HOMO-LUMO能级，从而使得添加剂还原电位和氧化电位升高。高的还原电位可形成有效的SEI膜，进一步抑制电解液的过度分解并明显改善电池的循环性能。
HOMO-LUMO能级，统称前线轨道，分别指最高占据分子轨道(Highest OccupiedMolecular Orbital)和最低未占分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)。
(4)本发明中成膜添加剂D中的FEC可以持续修饰循环过程中遭到破坏的SEI膜，避免电极界面与电解液直接接触发生副反应，有效提升了电池循环性能。FEC在高温下容易分解生成HF，而磷酸硅氧烷类化合物A可以有效清除HF，因此磷酸硅氧烷类化合物A和成膜添加剂D具有协同作用。
(5)本发明中氟代有机溶剂中的F原子具有强电负性和弱极性，使得氟代溶剂具有较高的耐氧化能力。发明者通过大量实验发现，若氟原子取代过多或链烃过长，都容易导致溶剂的粘度增加反而不利于提升电池的低温倍率性能。
(6)本发明中上述四种添加剂与氟代溶剂共同用在电解液中可以相互影响，与只使用其中一种或两三种相比，可有效提高电解液的性能。
(7)本发明提供的电解液，通过磷酸硅氧烷类化合物A、硫酸锂盐类化合物B、三异氰酸酯基类化合物C、成膜添加剂D的以及氟代溶剂的协同作用，电解液在电极表面成膜性能优良，添加剂可有效清除电解液的酸性副产物、电解液的耐氧化能力和热稳定性更强，使得锂离子电池高温循环性能、抗热冲击能力、低温放电能力等均得到有效的改善。
本发明还公开了一种锂离子电池，包括如上述的锂离子电池电解液。具体地，锂离子电池还包括正极极片、负极极片、设置在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜。优选地，所述正极极片包括正极集流体和正极膜片，所述负极极片包括负极集流体和负极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电剂和粘结剂；所述正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1；所述负极活性材料选自石墨和/或硅，例如天然石墨、人造石墨、中间相微碳球(简称为MCMB)、硬碳、软碳、硅、硅或SiOw与石墨复合而成的硅碳复合材料(其中：1＜w＜2)、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的锂化TiO2-Li4Ti5O12、Li-Al合金。
优选地，粘结剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
优选地，导电剂的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
以下通过实施例对本发明进行进一步地说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的锂离子电池及其制备方法，包括以下操作步骤：
电解液的制备：将EC、DEC、PC以1:1:1的质量比混合，作为有机溶剂。在有机溶剂中加入如表1中实施例1所示质量百分比含量的添加剂，混合均匀后，加入LiPF6，得到LiPF6浓度为1.1mol/L的电解液。
正极片的制作：将正极活性材料(LiCoO2,导电剂CNT(Carbon Nanotube，碳纳米管)，粘结剂PVDF(聚偏二氟乙烯)按质量比为97:1.5:1.5在N-甲基吡咯烷酮溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料。将此浆料涂覆于正极集流体Al箔上，烘干，冷压，得到正极片。
负极片的制作：将负极活性材料硅氧-碳复合材料、导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶，增稠剂羧甲基纤维素钠按质量比为95:2:2:1在适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料。将此浆料涂覆于负极集流体Cu箔上，烘干，冷压，得到负极片。
锂离子电池的制作：以PE多孔性聚合物薄膜作为隔膜。
将正极极片、隔膜以及负极极片按顺序叠好，使隔膜处于正负极中间，起到隔离作用，然后将叠好的极片与隔膜卷绕得到卷芯。将卷芯放在冲壳成型好的铝塑膜袋中，分别将上述制备得到的电解液注入烘烤干燥后的电芯中，经过真空封装、静置、化成等工序，完成锂离子电池的制备。
实施例2～6
实施例2～6包括如实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：电解液的制备操作中，在有机溶剂中加入如表1中实施例2～6所示质量百分比含量的添加剂。
对比例1～7
对比例1～7用于对比说明本发明公开的锂离子电池电解液、锂离子电池及其制备方法，包括如实施例1中的大部分操作步，其不同之处在于：电解液的制备操作中：在有机溶剂中加入如表1中对比例1～7所示质量百分比含量的添加剂。
表1
Figure BDA0003902610330000121
Figure BDA0003902610330000131
对上述实施例1～6和对比例1～7制备得到的锂离子电池进行如下性能测试：
(1)高温循环性能测试：在45℃下，将分容后的电池按1C恒流恒压充至4.45V，截止电流0.05C，然后按0.5C恒流放电至3.0V，依此循环，充放电500次循环后计算第500周容量保持率，计算公式如下：
第500周循环容量保持率(％)＝(第500周循环放电容量/首次循环放电容量)×100％。
(2)低温放电性能测试：在25℃环境条件下，将分容后的电池0.2C放电至3.0V，搁置5min；再0.2C充电至4.45V，当电芯电压达到4.45V时，改为4.45V恒压充电，直到充电电流小于或等于给定截止电流0.05C，搁置5min；将满充电芯转移至高低温箱内，设定-20℃，待温箱温度达到后，搁置120min；然后以0.2C放电至终止电压3.0V，搁置5min；再把高低温箱温度调至25℃±3℃，待箱子温度达到后，搁置60min；0.2C充电至4.45V，当电芯电压达到4.45V时，改为4.45V恒压充电，直到充电电流小于或等于给定截止电流0.05C；搁置5min；计算-20℃低温放电3.0V容量保持率。计算公式如下：
-20℃放电3.0V容量保持率(％)＝(-20℃放电至3.0V放电容量/25℃放电至3.0V放电容量)×100％。
(3)热冲击性能：在25℃环境条件下，以给定电流0.2C放电至3.0V；搁置5min；以充电电流0.2C充电至4.45V，当电芯电压达到4.45V时，改为4.45V恒压充电，直到充电电流小于或等于给定截止电流0.05C；搁置1h后将电芯放入烘箱，烘箱温度以5±2℃/min速度上升至130±2℃，并保持60min后停止，判断标准为电芯不起火不***。
上述测试结果如下表2：
表2
Figure BDA0003902610330000141
(1)热冲击：根据对比例和实施例，当分别单独加入磷酸硅氧烷类化合物A、硫酸锂盐类化合物B、三异氰酸酯基类化合物C、成膜添加剂D时可以提升热冲击通过率。是因为磷酸硅氧烷类化合物A中硅氧烷基团可以清除电解液中高温分解的HF，避免热冲击下HF引起更多的电极副反应造成电芯热失控；硫酸锂盐类化合物B中的硫酸锂结构可以在电极表面形成稳定的钝化膜有利于提升热冲击通过率；三异氰酸酯基类化合物C中的异氰酸酯官能团可以络合正极的金属离子，有效提升电芯材料的结构稳定性。当四种添加剂同时使用时，热冲击通过率显著提高。
(2)高温循环：根据对比例和实施例，分别单独加入磷酸硅氧烷类化合物A、硫酸锂盐类化合物B、三异氰酸酯基类化合物C、成膜添加剂D或单独加入氟代溶剂时可以提升电池高温循环性能，当四种添加剂与氟代溶剂同时使用时提升电池的性能最为显著。对比例7结果表明，添加剂含量超过3％和氟代溶剂超过8％时，电池的循环性能有所下降，这是因为过多的添加剂反而增大了电极界面阻抗，恶化了电池性能。
(3)低温放电：根据对比例和实施例，磷酸硅氧烷类化合物A和硫酸锂盐类化合物B分别单独加入可以提升电池的低温放电能力。磷酸硅氧烷类化合物A与磷酸根可以调控SEI膜中的LiF成分，形成的SEI膜孔洞多通透性好有效降低了电池的内阻；硫酸锂盐类化合物B的硫酸锂结构可以形成电导率更高的SEI膜。添加剂联用可以共同提高电池的低温放电能力。对比例7结果表明，当添加剂的含量超过3％时，氟代溶剂超过8％时，过多添加剂反而增大了电极界面阻抗，氟代溶剂也会增大电解液粘度影响锂离子电池的传输，进而影响电池的低温放电性能。
以上内容是结合具体的可选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂；所述添加剂包括式Ⅰ结构的磷酸硅氧烷类化合物A，和/或式Ⅱ结构的硫酸锂盐类化合物B，和/或式Ⅲ结构的三异氰酸酯基类化合物C，和/或成膜添加剂D；
Figure FDA0003902610320000011
式Ⅰ中，R1、R2选自1-5个碳原子的烷烃基、烯烃基、炔烃基，R3、R4、R5、R6、R7、R8选自1-5个碳原子的烷基、烯烃基、炔烃基或三氟甲基、氟原子；式Ⅱ中，X选自1-5个碳原子的烯烃基、炔烃基或被氟原子取代的烷烃基；式Ⅲ中，Y选自1-10个碳原子的烷烃基或被氟原子取代的1-10个碳原子的烷烃基；
成膜添加剂D选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、丙烯磺酸内酯(PST)、丁二腈(SN)、己二腈(ADN)、1,3,6-己烷三腈(HTCN)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)中的两种或两种以上，其中一种至少有FEC；其中，按质量百分比计，所述FEC的含量占有机溶剂总质量的0.5～20wt％，剩余种类的所述成膜添加剂D的含量占有机溶剂总质量的0.1～8wt％；
按质量百分比计，所述磷酸硅氧烷类化合物A、所述硫酸锂盐类化合物B、所述三异氰酸酯基类化合物C分别占所述有机溶剂总质量的0.1～3wt％。
2.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述磷酸硅氧烷类化合物A的结构式为以下中的一种：
Figure FDA0003902610320000021
3.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述硫酸锂盐类化合物B的结构式为以下中的一种：
Figure FDA0003902610320000022
4.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述三异氰酸酯基类化合物C的结构式为以下中的一种：
Figure FDA0003902610320000023
5.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.5M～2M。
6.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸盐、六氟砷酸盐、高氯酸盐、三氟磺酰锂、二氟(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐在所述电解液中的浓度为1.1M。
8.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、四氢呋喃、氟代有机溶剂中的两种或两种以上，其中一种至少有氟代有机溶剂；所述氟代有机溶剂结构式如下：
Figure FDA0003902610320000031
其中，Z1、Z2选自被1-6个氟原子取代的1-5个碳原子的烷烃基、烯烃基。
9.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述氟代有机溶剂的结构式为以下中的一种：
Figure FDA0003902610320000032
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的锂离子电池电解液。
CN202211295650.4A 2022-10-21 2022-10-21 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池 Pending CN115548442A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211295650.4A CN115548442A (zh) 2022-10-21 2022-10-21 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211295650.4A CN115548442A (zh) 2022-10-21 2022-10-21 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115548442A true CN115548442A (zh) 2022-12-30

Family

ID=84735241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211295650.4A Pending CN115548442A (zh) 2022-10-21 2022-10-21 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115548442A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111916706B (zh) 锂离子二次电池、其制造方法、及包含其的电动交通工具、消费类电子产品和机械设备
CN109728340B (zh) 锂离子电池
CN113839093A (zh) 一种锂离子电池非水电解液及其应用
CN111430793B (zh) 电解液及使用其的电化学装置和电子装置
CN108242557B (zh) 电解液及二次电池
CN110265622B (zh) 正极极片及锂离子二次电池
CN110994018B (zh) 一种电解液及电化学装置
CN107017433B (zh) 非水电解液及锂离子电池
CN111725575A (zh) 高镍锂电池和汽车
CN110854433A (zh) 一种电解液和电化学装置
CN112909318B (zh) 锂离子二次电池及其制备方法与包含锂离子二次电池的电子产品和电动产品
CN110797575A (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
CN112400249A (zh) 一种电解液及电化学装置
CN111129590A (zh) 一种高电压锂离子电池非水电解液及高电压锂离子电池
CN112151866A (zh) 一种锂离子电池用电解液及包括该电解液的锂离子电池
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
CN113809401A (zh) 锂离子电池非水电解液及其应用
CN115332628A (zh) 一种锂离子电池电解液、锂离子电池以及用电设备
CN108206299B (zh) 锂离子电池及其电解液
CN114725392A (zh) 一种锂离子电池
WO2022213668A1 (zh) 电解液添加剂和含有该添加剂的非水电解液及锂离子电池
CN111900474A (zh) 用于天然石墨负极锂离子电池的电解液
CN109904520B (zh) 非水电解液及二次电池
CN115548442A (zh) 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池
CN110994024B (zh) 电解液添加剂、电解液和锂离子电池

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