CN107634265A

CN107634265A - 一种耐高压锂离子电池电解液

Info

Publication number: CN107634265A
Application number: CN201610564126.0A
Authority: CN
Inventors: 王慧敏; 严红; 石先兴
Original assignee: Wanxiang Group Corp; Wanxiang A123 Systems Asia Co Ltd
Current assignee: Wanxiang Group Corp; Wanxiang A123 Systems Asia Co Ltd
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-26

Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种耐高压锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂；所述有机溶剂为碳酸酯类溶剂与3‑丙基腈‑三甲氧基乙氧基硅烷的混合物，所述3‑丙基腈‑三甲氧基乙氧基硅烷占有机溶剂总体积的20‑50%。本发明的电解液，能够有效解决现有电解液体系在高压、高温下的氧化分解的技术问题，能够提高电池循环稳定性，同时具有较高的倍率性能以及高安全性能。

Description

一种耐高压锂离子电池电解液

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种耐高压锂离子电池电解液。

背景技术

锂离子电池由于具备工作电压高、无记忆效应、循环寿命长和自放电低等优势，在储能式电子产品、电动工具以及电动汽车等领域具有广泛的应用。近年来，由于智能化、移动化和高耗电电子设备的发展，人们急切要求提高锂离子电池的能量密度，提高锂离子电池的工作电压是提高锂离子电池能量密度有效途径之一。

目前市场上已获得工作电压在4.35-5.0V 的高电压正极材料；然而现有电解液在4.35-5.0V高压区间下进行充放电时会发生氧化分解，从而导致电池电化学性能的严重恶化。此外，烷基碳酸酯类有机溶剂的易燃和易挥发性使的高能量密度电池存在巨大的安全隐患。这便使得新型高压材料的开发因缺少稳定的高压电解液而受到限制。

因此，提升现有碳酸酯基电解液的性能，开发与高电压正极材料匹配的高电压型电解液是迫切需要解决的关键问题之一。目前开发倾向于优化溶剂的组成及加入合适的添加剂，从而提高电解液在高压下耐氧化、耐高温性能。

申请号为201310276370.3的中国专利公开了一种锂离子电池高压电解液，它由有机溶剂，电解质锂盐及负极成膜添加剂组成，其中，有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯、三氟代碳酸丙烯酯及氢氟醚组成的混合溶剂，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和双草酸硼酸锂组成的混合锂盐。但是上述发明解决的是氟代溶剂粘度高以及电解质锂盐在氟代有机溶剂中溶解性差的问题，并不能解决本发明的相应技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐高压锂离子电池电解液。本发明的电解液，能够有效解决现有电解液体系在高压、高温下的氧化分解的技术问题，能够提高电池循环稳定性，同时具有较高的倍率性能以及高安全性能。

本发明的具体技术方案为：一种耐高压锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂；所述有机溶剂为碳酸酯类溶剂与3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷（CNCH₂CH₂CH₂Si(OCH₂CH₂OCH₃)₃）的混合物，所述3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占有机溶剂总体积的20-50%。

3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷具有较高介电常数和抗氧化电位，在本发明的技术方案中，作为电解液有机溶剂的共溶剂加入可增加电解液的抗氧化能力，有效抑制了共溶剂电解液在正极表面的分解，减缓了循环过程中电极极化的增长，降低了电极/电解液界面的Li⁺扩散阻力和电荷转移阻力，从而提高电池循环稳定性和倍率性。同时3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷具有低燃性，能大大提高电池的安全性能。此外与低粘度的碳酸酯的配合，可以提高Li⁺在共溶剂电解液中的迁移速率。

因此，含有3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷的电解液具有优良的热稳定性和低温离子传导性能、高电导率、无毒性、低可燃性和高分解电压等优点，与碳基类似物相比具有更高的电化学稳定性（4.5V以上）以上，应用本发明电解液的锂电池也表现出优良的充放电循环性能，高能量密度，较高的功率密度和高安全性。

作为优选，所述碳酸酯类溶剂包括EC、DMC、DEC；且所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占10-20%，DMC占20-30%，DEC占20-40%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占20-50%。

作为优选，所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占15%，DMC占25%，DEC占30%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占30%。

作为优选，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的混合物。

二氟草酸硼酸锂作为电解质锂盐加入，可在高温下能有效抑制电解液中水分的产生，从而减少HF的含量，二氟草酸硼酸锂具有较好的成膜性能，能与负极形成稳定的SEI膜；另外，在本发明中，二氟草酸硼酸锂可以提高3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷与石墨负极的兼容性。

作为优选，所述六氟磷酸锂的浓度为0.8-1.1mol/L，所述二氟草酸硼酸锂的浓度为0.1-0.2mol/L。

作为优选，所述添加剂包括亚硫酸丙烯酯、丁二腈、碳酸亚乙烯酯。将上述添加剂与本发明电解液的其他组份复配，即使在高温高压下电解液也具有特别好的抗氧化能力，使电池具有稳定的性能和安全性。

作为优选，所述亚硫酸丙烯酯的浓度为0.9-1.1wt%，所述丁二腈的浓度为0.4-0.6wt%，所述碳酸亚乙烯酯的浓度为0.9-1.1wt%。

作为优选，所述亚硫酸丙烯酯的浓度为1wt%，所述丁二腈的浓度为0.5wt%，所述碳酸亚乙烯酯的浓度为1wt%。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：在本发明特定的电解液配方下，各组份协同作用，能够有效解决现有电解液体系在高压、高温下的氧化分解的技术问题，能够提高电池循环稳定性，同时具有较高的倍率性能以及高安全性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种耐高压锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂。

所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占15%，DMC占25%，DEC占30%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占30%。

所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的混合物，且六氟磷酸锂的浓度为0.95mol/L，二氟草酸硼酸锂的浓度为0.15mol/L。

所述添加剂包括亚硫酸丙烯酯、丁二腈、碳酸亚乙烯酯。亚硫酸丙烯酯的浓度为1wt%，所述丁二腈的浓度为0.5wt%，所述碳酸亚乙烯酯的浓度为1wt%。

实施例2

所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占15%，DMC占20%，DEC占30%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占35%。

所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的混合物，且六氟磷酸锂的浓度为0.8mol/L，二氟草酸硼酸锂的浓度为0.1mol/L。

所述添加剂包括亚硫酸丙烯酯、丁二腈、碳酸亚乙烯酯。亚硫酸丙烯酯的浓度为0.9wt%，所述丁二腈的浓度为0.4wt%，所述碳酸亚乙烯酯的浓度为0.9wt%。

实施例3

所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占10%，DMC占30%，DEC占20%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占40%。

所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的混合物，且六氟磷酸锂的浓度为1.1mol/L，二氟草酸硼酸锂的浓度为0.2mol/L。

所述添加剂包括亚硫酸丙烯酯、丁二腈、碳酸亚乙烯酯。亚硫酸丙烯酯的浓度为1.1wt%，所述丁二腈的浓度为0.6wt%，所述碳酸亚乙烯酯的浓度为1.1wt%。

实施例4

所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占20%，DMC占20%，DEC占40%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占20%。

所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的混合物，且六氟磷酸锂的浓度为0.9mol/L，二氟草酸硼酸锂的浓度为0.15mol/L。

实施例5

所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占10%，DMC占20%，DEC占20%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占50%。

所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的混合物，且六氟磷酸锂的浓度为1 mol/L，二氟草酸硼酸锂的浓度为0.15mol/L。

上述的3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷可以自行合成，也可由central glassco., LTD公司提供。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于：包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂；所述有机溶剂为碳酸酯类溶剂与3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷的混合物，所述3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占有机溶剂总体积的20-50%。

2.如权利要求1所述的一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂包括EC、DMC、DEC；且所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占10-20%，DMC占20-30%，DEC占20-40%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占20-50%。

3.如权利要求2所述的一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂中各成分的体积百分比为：EC占15%，DMC占25%，DEC占30%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占30%。

4.如权利要求1-3任一所述的一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的混合物。

5.如权利要求4所述的一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述六氟磷酸锂的浓度为0.8-1.1mol/L，所述二氟草酸硼酸锂的浓度为0.1-0.2mol/L。

6.如权利要求1所述的一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂包括亚硫酸丙烯酯、丁二腈、碳酸亚乙烯酯。

7.如权利要求6所述的一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述亚硫酸丙烯酯的浓度为0.9-1.1wt%，所述丁二腈的浓度为0.4-0.6wt%，所述碳酸亚乙烯酯的浓度为0.9-1.1wt%。

8.如权利要求1所述的一种耐高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述亚硫酸丙烯酯的浓度为1wt%，所述丁二腈的浓度为0.5wt%，所述碳酸亚乙烯酯的浓度为1wt%。