一种锂离子电池电解液的制作方法

文档序号:11459761阅读:250来源:国知局

本发明属于锂离子电池材料技术领域,特别涉及一种锂离子电池电解液。



背景技术:

锂离子电池因其具有高能量密度,工作电压高、输出功率大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、对环境友好等优点,广泛应用于便携消费电子终端领域。目前交通领域开始使用锂离子电池,如动力汽车、备用电源等,这对锂离子电池的能量密度、循环寿命、安全性能等方面提出了更高的要求。

然而,目前锂离子电池适用温度范围窄,在高于60℃时电池容量衰减快,甚至可能发生燃烧或爆炸,这限制了其广泛应用。当锂离子电池大电流放电或作为动力电池使用时,局部温度常高于60℃,因而研究并提高锂离子电池的高温性能具有重要的现实意义。

目前,常规电解液体系为lipf6(电解质锂盐)的碳酸酯类有机溶液,该体系中的锂盐lipf6会在60℃时分解,对水较为敏感,易产生hf腐蚀集流体、sei膜和电极活性物质,导致电池性能迅速衰减,严重时甚至易燃烧或爆炸,引发安全问题;针对目前常规电解液的不足,提高电解液的热稳定性,解决其高温安全性是亟需解决的问题。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种锂离子电池电解液,以解决现有的锂离子电池电解液热稳定性差,不耐高温的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下:提供一种锂离子电池电解液,包括具有以下重量份的组分:溶剂80-88份、电解质锂盐12-15份和第一添加剂0.5-3份;所述第一添加剂为草酸硼酸盐,该草酸硼酸盐与电解质锂盐形成热稳定性高的化合物以形成耐高温锂离子电池电解液。

本发明的有益效果为:本发明的锂离子电池电解液采用特定配方制备得到,热稳定性好,耐高温性得到有效提高。

本发明将草酸硼酸盐类添加剂用于锂离子电池电解液中,该添加剂是一种反应型和sei膜修饰型相互结合的新型添加剂,一方面,该添加剂使得电极材料表面形成致密的特殊sei膜,能够更好的覆盖负极材料的表面,有效减少高温下电解液与电池负极材料接触面的还原分解,进而增加电池的循环稳定性,减小电池的容量衰减;另一方面,该高温添加剂能够与电解质锂盐复合形成热稳定性更高的化合物,进而有效增加电池的耐高温性能,形成高温型锂离子电池电解液。

同时,采用特定含量的草酸硼酸盐类添加剂,可以显著改善锂离子电池的高温循环性能。

在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进:

进一步,所述草酸硼酸盐为二氟草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸钾和双草酸硼酸锂中的至少一种。

进一步,还包括第二添加剂0.5-3份;所述第二添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、4-甲基亚硫酸亚乙酯和亚磷酸三苯酯中的至少一种。

采用上述进一步技术方案的有益效果为:该添加剂为成膜添加剂,其能够在较高的电位下发生还原分解反应,有效地抑制较低电位下电解液溶剂的分解还原,且有利于在负极材料表面形成致密、稳定、完整的sei膜,有效地降低了电解液的分解。

进一步,所述溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯;所述环状碳酸酯的体积分数为10-30%,链状碳酸酯的体积分数为70-90%;

采用上述进一步技术方案的有益效果为:本发明的溶剂采用多元溶剂,包括环状碳酸酯(高介电常数溶剂)和链状碳酸酯(高沸点有机溶剂),环状碳酸酯10-30%、链状碳酸酯70-90%,高介电常数的溶剂能够增加锂盐的解离,提高电解液中溶剂化锂离子的浓度,从而提高电解液的电导率,增强电池的倍率性能;高沸点有机溶剂可以提高电解液体系的高温稳定性,减小电解液在高温下的汽化分解,而环状碳酸酯与链状碳酸酯在特定比例下的结合有效提高了电解液的高温稳定性以及电池的倍率性能。

进一步,所述环状碳酸酯为碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯中的至少一种。

进一步,所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。

进一步,所述锂盐为lipf6。

采用上述进一步技术方案的有益效果为:上述锂盐具有较宽的电化学稳定窗口,电导率相对较高,环境友好。

具体实施方式

以下对本发明进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。

实施例1:

一种锂离子电池电解液,包括溶剂、电解质锂盐和第一添加剂;电解质锂盐质量占电解液总质量的12%,电解质锂盐为lipf6。

其中,溶剂包括碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯,溶剂质量占电解液质量的85%,其中碳酸乙烯酯的体积分数为30%,碳酸甲乙酯的体积分数为70%。

第一添加剂为高温添加剂二氟草酸硼酸锂(liodfb),其质量占电解液总质量的3.0%。

将上述溶剂、电解质锂盐和第一添加剂混合均匀后,制得锂离子电解液。

实施例2

一种锂离子电池电解液,包括溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂;电解质锂盐质量占电解液总质量的15%,电解质锂盐为lipf6。

其中,溶剂包括碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯,溶剂质量占电解液质量的80%,其中碳酸丙烯酯的体积分数为10%,碳酸二乙酯的体积分数为90%。

第一添加剂为高温添加剂二氟草酸硼酸锂(liodfb),其质量占电解液总质量的2.0%。

第二添加剂为成膜添加剂,其包括氟代碳酸乙烯酯(fec)和亚磷酸三苯酯(tppi),氟代碳酸乙烯酯(fec)质量占电解液总质量的1.5%,亚磷酸三苯酯(tppi)质量占电解液总质量的1.5%。

将上述溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂混合均匀后,制得锂离子电解液。

实施例3:

一种锂离子电池电解液,包括溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂;电解质锂盐质量占电解液总质量的15%,电解质锂盐为lipf6。

其中,溶剂包括碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯,溶剂质量占电解液质量的80%,其中碳酸丙烯酯的体积分数为20%,碳酸二甲酯的体积分数为80%。

第一添加剂为高温添加剂二氟草酸硼酸钾,其质量占电解液总质量的1.0%。

第二添加剂为成膜添加剂,其包括碳酸亚乙烯酯和4-甲基亚硫酸亚乙酯,碳酸亚乙烯酯质量占电解液总质量的3.0%,4-甲基亚硫酸亚乙酯质量占电解液总质量的1.0%。

将上述溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂混合均匀后,制得锂离子电解液。

实施例4:

一种锂离子电池电解液,包括溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂;电解质锂盐质量占电解液质量的12%,电解质锂盐为lipf6。

其中,溶剂包括碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯,溶剂质量占电解液质量的85%;其中碳酸乙烯酯的体积分数为15%,碳酸二乙酯的体积分数为85%。

第一添加剂为高温添加剂双草酸硼酸锂,其质量占电解液总质量的0.5%。

第二添加剂为成膜添加剂,其包括氟代碳酸乙烯酯(fec)和亚磷酸三苯酯(tppi),氟代碳酸乙烯酯质量占电解液总质量的1.5%,亚磷酸三苯酯质量占电解液总质量的1.0%。

将上述溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂混合均匀后,制得锂离子电解液。

实施例5:

一种锂离子电池电解液,包括溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂;电解质锂盐质量占电解液质量的13%,电解质锂盐为lipf6。

其中,溶剂包括碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯,溶剂质量占电解液质量的82.5%,其中碳酸乙烯酯的体积分数为25%,碳酸甲乙酯的体积分数为75%。

第一添加剂为高温添加剂二氟草酸硼酸锂,其质量占电解液总质量的2.5%。

第二添加剂为成膜添加剂,其包括氟代碳酸乙烯酯(fec)和亚磷酸三苯酯(tppi),氟代碳酸乙烯酯质量占电解液总质量的1.5%,亚磷酸三苯酯质量占电解液总质量的0.5%。

将上述溶剂、电解质锂盐、第一添加剂和第二添加剂混合均匀后,制得锂离子电解液。

对比例:

该对比例的电解液由以下物质组成:其中溶剂质量占电解液质量为88%,其中碳酸乙烯酯体积分数为30%、碳酸甲乙酯体积分数为70%,加入电解质盐lipf6,电解质盐质量占电解液质量的12%,混合均匀后待用。

将该对比例制备得到的电解液与实施例1-5制备得到的电解液注入钴酸锂/石墨体系锂离子电池后,70℃高温实验数据如表1:

表170℃时电池高温存储性能

可见,由本发明实施例1-5制备的电解液制备的锂离子电池在70℃,72h条件下不会发生胀气,比较例制备的电解液制备的锂离子电池在相同条件下会发生胀气;7d高温贮存后,实施例1-5电解液制备的电池容量保持率为97%以上,比较例电解液制备的电池容量保持率为90%,可以看出,本发明制备的高温型电解液制备的锂离子电池容量保持率得到显著提高。

另外,将该对比例制备得到的电解液与实施例1-5制备得到的电解液注入钴酸锂离子电池后,70℃高温循环容量保持率数据如表2:

表270℃时电池高温循环容量保持率性能

表2可以看出,由本发明实施例1-5制备的电解液制备的锂离子电池在70℃高温循环容量保持率为82%以上,比较例制备的电解液制备的锂离子电池在相同条件下不到容量保持率不到50%;因此,本发明制备的高温型电解液制备的锂离子电池高温循环容量保持率得到大大提高,本发明的锂离子电池电解液是一种热稳定性好,极其耐高温的锂离子电池电解液。

以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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