一种高温型锂电池电解液的制作方法

文档序号:9237059
一种高温型锂电池电解液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高温型锂电池电解液,能够有效改善锂电池高温条件下的循环性 能。
【背景技术】
[0002] 锂离子二次电池由于具备高能量密度、无记忆效应、无污染等突出优势,成为最 受青睐的二次电池。经过多年的发展,锂离子电池已在移动电话、笔记本电脑、数码相机 等便携式电子设备上得到广泛应用。但迄今为止,锂离子电池在性能上还不能完全满足 动力锂离子电池的要求,尤其是其高温循环稳定性,在较高的环境温度下(>50°C)电池 容量快速衰减,特别是以尖晶石LiMn 204作为正极材料的锂离子电池。电解液作为锂离 子电池的关键材料之一,对电池的性能和成本有着重要的影响。已有研究者采用各种添 加剂来改善猛酸锂电池的高温循环性能,如Electrochem. Solid-State Lett. 5(2002) A248?米用 tris(pentafluorophenyl)borane(TPFPB) ;Electrochim.Acta55(2010) 2073. 米用 fluoroethylene carbonate(FEC) ;J.Power Sourcesl89(2009)685?米用 heptamethyldisilazane ;J. Power Sources221 (2013)90.米用 tris(trimethylsilyl) borate (TMSB);日本专利 JP2008192488-A 采用 MMDS。
[0003] 本发明拟通过使用一种新型添加剂改善电池的电解液来提高锂离子电池的高温 循环稳定性。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种具有改善锂电池高温条件下循环性能的电解液。
[0005] 本发明通过如下技术方案实现:
[0006] 一种高温型电解液,其特征在于,所述电解液包含0. 3wt%到5wt%的硫酰基二丙腈 ("SPDN")。
[0007]根据本发明,所述SPDN的含量优选为0. 5~2wt %,所述SPDN用作电解液添加剂。
[0008] 根据本发明,所述电解液还包括非水有机溶剂、锂盐。
[0009] 优选地,锂盐的浓度为lmol/L,但没有特别限制。
[0010] 根据本发明,所述电解液用于锂电池高温循环。
[0011] 根据本发明,所述硫酰基二丙腈具有如下的分子结构:
[0012]
[0013] 根据本发明,所述高温电解液由以下成份组成,a)非水有机溶剂;b)电解质锂盐; c)电解液添加剂,其中,电解液添加剂具有如下的分子结构:
[0014]
[0015] 根据本发明,本发明所述的非水有机溶剂至少含有链状碳酸酯和环状碳酸酯。优 选地,链状碳酸酯选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙 酯。所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯。
[0016] 本发明中,所述非水有机溶剂优选上述链状碳酸酯和环状碳酸酯中的两种或两种 以上的组合,所用的链状碳酸酯和环状碳酸酯相互之间的比例没有特别的限制。
[0017] 根据本发明,所述电解质锂盐没有特别限制,可用LiPF6、LiBF4、LiAsF 6、LiC104, LiBOB等一般非水电解质二次电池所用的电解质锂盐。可以单独使用也可以两种以上混合 使用。对电解质锂盐的用量也没有特别的限制。
[0018] 根据本发明,所述硫酰基二丙腈的浓度没有特别限制,使用含锰酸锂活性材料作 为正极的二次电池时,以〇. 5wt%~5. Owt%为好,不足0. 5wt%时,电极表面不能形成足够的 SEI膜,循环周期特性改善的效果小。超过5. Owt%时,阻抗就上升,循环周期特性也随着恶 化。
[0019] 一种锂离子电池,其特征在于,包含上述本发明的电解液。
[0020] 根据本发明的锂离子电池,其特征在于,使用LiCo02、LiNimCo^MrimC^、 LiNi^Mr^.A、LiFeP0 4、LiMn204作为正极材料,优选使用LiMn20 4。另外,本发明可使用如 LiCo02、LiNi^Co^MrvA、LiNiuMn^CV LiFeP04、LiMn204 等复合氧化物作为正极材料,特 别适用于LiMn204。
[0021] 本发明还提供上述的高温电解液在锂离子电池中的应用。
[0022] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:本发明得到了一种具有良好高温 循环性能的锂电池电解液,此电解液中含有硫酰基二丙腈添加剂,在电解液中加入硫酰基 二丙腈能够有效提高锂电池高温(55°C)循环性能,由实施例可见,其第200次循环相对初 始值的容量保持率相对于现有技术不添加SPDN增加20%以上。
【具体实施方式】
[0023] 以下通过具体实施例对本发明进行详细说明。但本领域技术人员了解,下述实施 例不是对本发明保护范围的限制,任何在本发明基础上做出的改进和变化,都在本发明的 保护范围之内。
[0024] 实施例1 :
[0025] 正极活性物质为LiMn204,将LiMn20 4、粘合剂PVDF、导电剂super P按质量比 8:1:1,用有机溶剂匪?混合成糊状,均匀涂布在2〇11111的铝箔上,12〇1:真空干燥1211 后,辊压,切片,称量,再在80°C真空干燥15h,制成正极片。将正极片,负极Li片,隔膜 Celard2325,以及电解液 lmol/L LiPF6,EC:DMC:EMC=l :1 :1 (wt%),0. 5wt%SPDN 在真空手套 箱(4〇、02低于10ppm)中组装成2025型扣式电池。
[0026] 实施例2 :
[0027] 除了将SPDN的量调整为lwt%外,电解液的其他组成和比例及电池的制备方法和 步骤与实施例1相同。
[0028] 实施例3 :
[0029] 除了将SPDN的量调整为2wt%外,电解液的其他组成和比例及电池的制备方法和 步骤与实施例1相同。
[0030] 实施例4 :
[0031] 除了将SPDN的量调整为5wt%外,电解液的其他组成和比例及电池的制备方法和 步骤与实施例1相同。
[0032] 比较例1 :
[0033] 除了将SPDN的量调整为0 (wt%)外,电解液的其他组成和比例及电池的制备方法 和步骤与实施例1相同。
[0034] 将实施例1~4、比较例1的非水电解质二次电池,在55°C下实施如下的循环周期 条件:充电:上限电压4. 3V、电流:1. 0C ;放电:下限电压3. 0V、电流:1. 0C,循环200次。对 比第200次循环相对初始值的容量保持率显示出含有SPDN添加剂能有效改善LiMn20 4高温 循环性能。
[0035] 表1高温循环性能
[0036]
【主权项】
1. 一种高温型电解液,其特征在于,所述电解液包含0. 3wt%到5wt%的硫酰基二丙腈 ("SPDN")。2. 根据权利要求1的电解液,其特征在于,所述SPDN的含量为0. 5~2wt%,所述SPDN 用作电解液添加剂。 优选地,所述电解液还包括非水有机溶剂、锂盐。 更优选地,锂盐的浓度为lmol/L,但没有特别限制。 进一步地,所述电解液用于锂电池高温循环。3. 根据权利要求1或2的电解液,其特征在于:所述电解液由以下成份组成,a)非 水有机溶剂;b)电解质锂盐;c)电解液添加剂,电解液添加剂具有如下的分子结构:4. 根据权利要求1-3任一项所述的电解液,其特征在于:非水有机溶剂至少含有链状 碳酸酯和环状碳酸酯。优选地,链状碳酸酯选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸 甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯。所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸 丁烯酯。 优选地,所述非水有机溶剂选自上述链状碳酸酯和环状碳酸酯中的两种或两种以上的 组合。5. 根据权利要求1-4任一项所述的电解液,其特征在于:电解质锂盐选自以下任意一 种材料或两种材料的混合物:LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiC104, LiBOB。6. -种锂离子电池,其特征在于包含权利要求1-5任一项的电解液。7. 根据权利要求6的锂离子电池,其特征在于,使用LiC〇02、LiNi1/3C 〇1/3Mn1/302、 LiNi^Mr^.A、LiFeP0 4、LiMn204 作为正极材料,优选使用 LiMn204。8. 权利要求1-5任一项的高温电解液在锂离子电池中的应用。
【专利摘要】本发明提供了一种高温型锂电池电解液。该高温型锂电池电解液包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂。该电解液添加剂为硫酰基二丙腈,其特征在于含有两个端氰基和一个砜基,其用量基于电解液总重量的0.3wt%到5wt%。该电解液能有效改善锂电池在高温(55℃)环境下的循环性能。
【IPC分类】H01M10/0567
【公开号】CN104953177
【申请号】CN201410116478
【发明人】吴茂祥, 黄韬, 王文国, 潘荧, 方桂煌
【申请人】中国科学院福建物质结构研究所
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月26日
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