一种高电压锂离子电池电解液及高电压锂离子电池的制作方法

文档序号:12371173阅读:174来源:国知局
本发明涉及锂离子电池,尤其是一种高电压锂离子电池电解液及高电压锂离子电池。
背景技术
:锂离子二次电池具有长寿命、高能量密度、工作温度范围宽、自放电率低、绿色无污染的特点,已广泛应用于数码产品、储能电站、新能源汽车等领域。随着手机、平板电脑等数码产品的功能日益丰富强大,电池续航能力不足的问题日益明显;提高电池的能量密度是当务之急;开发更高工作电压(4.5~5V)的电池,是行之有效的方法。目前由碳酸酯类溶剂和六氟磷酸锂电解质、碳酸亚乙烯酯等添加剂组成的常规电解液,电化学窗口比较窄,在5V(vs.Li/Li+)左右会发生氧化分解反应,导致电池出现容量损失、气胀、阻抗过大、性能恶化;需要开发5V高电压专用电解液与其进行匹配。技术实现要素:本发明所要解决的技术问题是提供一种高电压锂离子电池电解液及高电压锂离子电池,可显著改善4.5V高电压锂离子电池常温循环性能。为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种高压锂离子电池电解液,包括电解质、非水溶剂和添加剂,所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂包括1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)、1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)中的至少一种;常规添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙烯酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、1,3丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或几种。本发明采取1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)、1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)作为电解液添加剂的一种,此类物质HOMO能级比EC、DEC等溶剂分子高,可以优先在正极表面发生氧化反应,形成稳定的钝化膜,减少电解液与正极表面活性位的接触,抑制电解液的分解反应。同时,该类添加剂在左右1.0V(v.s.Li/Li+)可在负极表面形成SEI膜,具有多功能性,显著改善高电压电池的循环性能,电池内部界面阻抗也得到明显降低。作为改进,所述电解质的浓度为0.8~1.3mol/L;所述添加剂在电解液中的总质量百分比为的0.1%~15%;所述非水溶剂在电解液中的质量百分比为60~90%。作为改进,所述高电压添加剂1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)在电解液中的质量百分比为0~5%,1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-2)在电解液中的质量百分比为0~5%;所述常规添加剂在电解液中的质量百分比为0~6%。作为改进,所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸丁烯酯BC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲丙酯MPC、γ丁内酯GBL中的一种或几种。为解决上述技术问题,本发明的另一技术方案是:一种高压锂离子电包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液;正极极片的表面涂敷正极材料,负极极片的表面涂敷负极材料;所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂,所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂包括1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)、1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)中的至少一种;常规添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙烯酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、1,3丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或几种;正极材料为LiCoO2、LiNxMnyCo(1-x-y)O2或LiNi0.5Mn1.5O4;负极材料为人造石墨或天然石墨。本发明采取1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)、1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)作为电解液添加剂的一种,此类物质HOMO能级比EC、DEC等溶剂分子高,可以优先在正极表面发生氧化反应,形成稳定的钝化膜,减少电解液与正极表面活性位的接触,抑制电解液的分解反应。同时,该类添加剂在左右1.0V(v.s.Li/Li+)可在负极表面形成SEI膜,具有多功能性,显著改善高电压电池的循环性能,电池内部界面阻抗也得到明显降低。作为改进,所述电解质的浓度为0.8~1.3mol/L;所述添加剂在电解液中的总质量百分比为的0.1%~15%;所述非水溶剂在电解液中的质量百分比为60~90%。作为改进,所述高电压添加剂1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)在电解液中的质量百分比为0~5%,1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-2)在电解液中的质量百分比为0~5%;所述常规添加剂在电解液中的质量百分比为0~6%。作为改进,所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸丁烯酯BC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲丙酯MPC、γ丁内酯GBL中的一种或几种。本发明与现有技术相比所带来的有益效果是:本发明采取1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)、1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)作为电解液添加剂的一种,此类物质HOMO能级比EC、DEC等溶剂分子高,可以优先在正极表面发生氧化反应,形成稳定的钝化膜,减少电解液与正极表面活性位的接触,抑制电解液的分解反应。同时,该类添加剂在左右1.0V(v.s.Li/Li+)可在负极表面形成SEI膜,具有多功能性,显著改善高电压电池的循环性能,电池内部界面阻抗也得到明显降低。具体实施方式对比例1:一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:4:3,w.t.),2w.t.%FEC。正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiCoO2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。对比例2一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/PC/EMC(3:1:6,w.t.),1w.t.%VC,1w.t.%1,3-PS;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNixMnyCo(1-x-y)O2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。对比例3一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:4:3,w.t.),1w.t.%FEC,2w.t.%1,3-PS;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNi0.5Mn1.5O4。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例1一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:4:3,w.t.),1w.t.%FEC和1w.t.%的DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiCoO2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例2一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:4:3,w.t.),1w.t.%VC和1w.t.%DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiCoO2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例3一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:4:3,w.t.),1w.t.%VC,1w.t.%1,3-PS和1.5w.t.%DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiCoO2;负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为天然石墨。实施例4一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.0MLiPF6EC/EMC/DEC(3:2:5,w.t.),1w.t.%FEC,1w.t.%1,3-PS和3w.t.%DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNi0.5Mn1.5O4。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例5一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3丙烯磺酸内酯(1,3-PST)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:1:6,w.t.),1w.t.%FEC,1w.t.%1,3-PST和4.5w.t.%DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiCoO2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨或天然石墨。实施例6一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:4:3,w.t.),1w.t.%FEC,1w.t.%1,3-PS和2w.t.%DF-2;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiCoO2;负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为天然石墨。实施例7一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/PC/EMC(3:1:6,w.t.),1w.t.%VC,1w.t.%1,3-PS和1.5w.t.%DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNixMnyCo(1-x-y)O2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例8一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、γ丁内酯GBL、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/PC/EMC/DEC(3:1:3:3,w.t.),2w.t.%FEC,1w.t.%1,3-PS和1w.t.%DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNi0.5Mn1.5O4。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例9一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)。常规添加剂包括碳酸亚乙烯酯VC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲丙酯MPC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/MPC/EMC/DEC(3:1:3:3,w.t.),2w.t.%VC,1w.t.%1,3-PS和1w.t.%DF-2;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiCoO2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例10一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烯磺酸内酯(1,3-PST)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸丁烯酯BC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/BC/DEC(3:1:6,w.t.),1w.t.%FEC,1w.t.%1,3-PST和1w.t.%DF-1;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNixMnyCo(1-x-y)O2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为天然石墨。实施例11一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1),1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:4:3,w.t.),1w.t.%FEC,2w.t.%1,3-PS,1w.t.%DF-1和1w.t.%DF-2;正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNi0.5Mn1.5O4。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为人造石墨。实施例12一种高压锂离子电池,包括正极极片、负极极片、设于正极极片和负极极片之间的隔膜、以及电解液。所述电解液包括电解液溶质、非水溶剂和添加剂。所述添加剂包括高压添加剂和常规添加剂,高电压添加剂为1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)。常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC。电解液组成为1.1MLiPF6EC/EMC/DEC(3:1:6,w.t.),1w.t.%FEC,1w.t.%1,3-PS,1w.t.%DF-2。正极极片的表面涂敷正极材料,正极材料为LiNixMnyCo(1-x-y)O2。负极极片的表面涂敷负极材料,负极材料为天然石墨。电池组装:将负极极片、隔膜、正极极片卷绕成电池卷芯,隔膜处于正极极片和负极极片之间;将卷芯放入电池盒袋中,烘烤,注液,封口;将电池静置24小时,然后以0.05C恒流充电至3.9V,然后真空除气,二次封装;以0.5C电流充电至4.5V,然后4.5V恒压充电至电流降到0.05C时结束;以0.2C倍率放电至电压为3.0V,得到电池0.2C放电的容量;制作的电池标称容量为2600mAh。电池常温循环测试:在25℃±3℃条件下,以1C倍率恒流-恒压的方式将电池充电至4.5V,截止电流为0.05C;然后以1C恒流放电至3.0V,完成一次1C充放电循环;重复上述充放电过程,以第200次的放电容量除以第一次的放电容量,得到循环200次的容量保持率,如下表:试验项目电池循环次数容量保持率对比例120070%对比例220073%对比例320068%实施例120079.8%实施例220083%实施例320087.1%实施例420091.2%实施例520085.3%实施例620088.3%实施例720080.5%实施例820086.3%实施例920089.7%实施例1020083.3%实施例1120081.5%实施例1220085.4%本发明采取1,2-二氟-4苯基-1-丁烯(DF-1)、1,2-二氟-4(对甲氧基苯)-1-丁烯(DF-2)作为电解液添加剂的一种,此类物质HOMO能级比EC、DEC等非水溶剂分子高,可以优先在正极表面发生氧化反应,形成稳定的钝化膜,减少电解液与正极表面活性位的接触,抑制电解液的分解反应。同时,该类添加剂在左右1.0V(v.s.Li/Li+)可在负极表面形成SEI膜,具有多功能性,显著改善高电压电池的循环性能,电池内部界面阻抗也得到明显降低。当前第1页1 2 3 
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