CN109830748B

CN109830748B - 一种锂离子电池电解液

Info

Publication number: CN109830748B
Application number: CN201910056043.4A
Authority: CN
Inventors: 薛利; 万梅; 袁东升; 陈锡洪; 黄宁东
Original assignee: Dongguan Tianfeng Power Supply Material Co ltd
Current assignee: Dongguan Tianfeng Power Supply Material Co ltd
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: CN109830748A

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐、添加剂A和添加剂B；所述添加剂A包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和1,3‑丙烷磺酸内酯，所述添加剂B包括偶氮二甲酸二异丙酯、N,N'‑二亚硝基五亚甲基四胺、偶氮二羧酸二乙酯和N,N‑二亚硝基‑N,N.二甲基对苯二甲酰胺中的一种或者组合。相比于现有技术，本发明中增加了添加剂B，添加剂B在电池预充化成后会分解产生氮气和用于形成SEI膜的成分，使得浸润在极片孔隙中的电解液发泡，极片表面的孔隙率提高，提高了锂离子的传导速度，从而提高电池的循环性能。

Description

一种锂离子电池电解液

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液。

背景技术

锂离子电池作为一种高容量长寿命环保电池，具有诸多优点，广泛应用于储能、电动汽车、便携式电子产品等领域。

锂离子电池一般是由正极片、负极片、间隔设置于正极片和负极片之间的隔离膜以及电解液组成。正/负极片是锂离子电池的基础，直接决定电池的电化学性能以及安全性。正/负极片是由金属集流体以及涂覆于金属集流体上的复合材料涂层构成，复合材料涂层主要由活性物质颗粒、导电剂和黏结剂相互混合的组成相(碳胶相)以及孔隙等组成，孔隙中填满电解液。电解液是锂离子电池的重要组成部分，它的好坏直接影响着电池性能的优化与提高。

现有技术中，为了改善电池的循环性能，一部分是针对电极材料或者电极制备方法进行改进的，还有一部分是针对电解液的成分进行优化。中国专利CN106099045A公开了一种电极极片的冷压方法，得到的电极极片表面的孔隙率提高到10％～30％，虽然提高了电池的充电能力和循环能力，但是该方法操作起来并不方便，且需要耗费大量的人力和资金。本领域技术人员公知，适当提高极片的孔隙率有利于改善电池的循环性能，但是现有的电解液中添加的添加剂中大部分是含有不饱和凝胶单体成分，在电解液生产、运输、储存、使用过程中，电解液有可能变成凝胶状，从而影响电解液使用、降低保质期，甚至会将对极片上的孔隙造成堵塞，影响锂离子的传导，进而导致电池性能变差。

有鉴于此，确有必要提供一种新的锂离子电池电解液以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池电解液，提高锂离子电池的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐、添加剂A和添加剂B；所述添加剂A包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯，所述添加剂B包括偶氮二甲酸二异丙酯、N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺、偶氮二羧酸二乙酯和N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺中的一种或者组合。

需要说明的是，添加剂A属于成膜添加剂，其主要作用是在极片表面形成稳定的SEI膜，有效抑制溶剂分子在极片表面持续分解，从而改善极片的性能。添加剂B在电池预充化成后会分解产生无毒无害的氮气以及可形成SEI膜的酯类物质，其不仅不会使得电解液形成凝胶状，而且其分解出来的氮气能使得极片孔隙中的电解液发泡，提高极片表面的孔隙率，为锂离子电池的传导提供更多的空间，从而提高电池的充电能力和循环性能。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述添加剂A的含量占所述电解液总重量的0.03～10％。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述碳酸亚乙烯酯的含量占所述电解液总重量的0.01～4％。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述氟代碳酸乙烯酯的含量占所述电解液总质量的0.01～3％。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述1,3-丙烷磺酸内酯的含量占电解液总重量的0.01～3％。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述添加剂B的含量占所述电解液总质量的0.5％～4％。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、氟代苯、氟代碳酸乙烯酯和γ-丁内酯中的任意一种或几种组合。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸硫酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂和三氟甲基磺酸锂中的一种或几种。

作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述锂盐在电解液中的浓度为0.8～1.5mo1/L。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐、添加剂A和添加剂B；所述添加剂A包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯，所述添加剂B包括偶氮二甲酸二异丙酯、N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺、偶氮二羧酸二乙酯和N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺中的一种或者组合。相比于现有技术，本发明中增加了添加剂B，添加剂B在电池预充化成后会分解产生氮气和用于形成SEI膜的成分，使得浸润在极片孔隙中的电解液发泡，极片表面的孔隙率提高，提高了锂离子的传导速度，从而提高电池的循环性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。

对比例1

锂离子电池电解液配制：

将锂盐LiPF₆溶于碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯(质量比3/6/4)的混合溶剂中得到溶剂，加入总质量的2％的碳酸亚乙烯酯、2％的氟代碳酸乙烯酯、2％的1,3-丙烷磺酸内酯，其中LiPF₆浓度为1.0mol/L，得到对比电解液。

实施例1

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的偶氮二甲酸二异丙酯。

实施例2

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的偶氮二甲酸二异丙酯。

实施例3

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺。

实施例4

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺。

实施例5

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的偶氮二羧酸二乙酯。

实施例6

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的偶氮二羧酸二乙酯。

实施例7

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺。

实施例8

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺。

实施例9

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺与占电解液总质量0.5％的偶氮二羧酸二乙酯。

实施例10

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺与占电解液总质量0.5％的N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺。

实施例11

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺与占电解液总质量2％的偶氮二羧酸二乙酯。

实施例12

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺与占电解液总质量2％的N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺。

实施例13

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的偶氮二羧酸二乙酯与占电解液总质量0.5％的N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺。

实施例14

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的偶氮二羧酸二乙酯与占电解液总质量2％的N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺。

实施例15

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺与占电解液总质量2％的偶氮二羧酸二乙酯。

实施例16

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺与占电解液总质量2％的N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺。

实施例17

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量0.5％的偶氮二甲酸二异丙酯与占电解液总质量0.5％的偶氮二羧酸二乙酯。

实施例18

按照对比例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的偶氮二甲酸二异丙酯与占电解液总质量2％的偶氮二羧酸二乙酯。

性能测试

测试一：

1)选用标称容量1500mAh未注射电解液的电池，选择同一批次已经生产好未注射电解液的电池，进行80±5℃，抽真空，每隔2h用氮气置换气氛，真空烘烤24h，然冷却2h进行注射电解液操作。

2)将注射好电解液的电池在室温静置24h。

3)进行预充化成操作，在0-4.2V下常温环境进行1C的300次循环性能测试。

测试二：

与测试一不同的是：在步骤2)中，将注射好电解液的电池在60℃静置4h，然后降温到常温静置20h。

测得分别注入对比例1和实施例1～18制得的电解液的锂离子电池的常温循环容量保持率如表1所示。

表1 电池常温循环容量保持率

由表1的测试数据可以看出，由本发明制备的电解液注射到锂离子电池后，在0～4.2V,1C倍率充放电的容量保持率明显高于由对比例电解液制备的电池，也就是说本发明的电解液能有效提高电池的循环性能。另外，由测试一和测试二的测试结果对比可知，注射好电解液的锂离子电池，适当控制静置时间和温度，维持一定真空度，有利于电解液在电池内部的渗透作用，从而有利于提高电性能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于：包括有机溶剂、锂盐、添加剂A和添加剂B；所述添加剂A包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯，所述添加剂B包括偶氮二甲酸二异丙酯、N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺和N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺中的一种或者组合；所述添加剂B的含量占电解液总质量的0.5%~4%。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂A的含量占电解液总重量的0.03~10%。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述碳酸亚乙烯酯的含量占电解液总重量的0.01~4%。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述氟代碳酸乙烯酯的含量占电解液总质量的0.01~3%。

5.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述1,3-丙烷磺酸内酯的含量占电解液总重量的0.01~3%。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、氟代苯、氟代碳酸乙烯酯和γ-丁内酯中的任意一种或几种组合。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸硫酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂和三氟甲基磺酸锂中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐在电解液中的浓度为0.8~1.5mo1/L。