一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池的制作方法

文档序号:16689925发布日期:2019-01-22 18:43阅读:191来源:国知局

本发明属于锂离子电池材料技术领域,具体涉及一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。



背景技术:

锂离子电池自从商业化以来,由于它的比能量高、循环性能好,被广泛用于数码、储能、动力、军用航天和通讯设备等领域。然而,近年来锂离子电池对能量密度、循环寿命、高低温性能、倍率性能等提出了更高的要求。

电解液做为锂离子电池的关键材料,是影响锂离子电池性能的重要因素,而电解液添加剂又是其中极为关键的组分,一种或者多种添加剂可以显著提高锂离子电池的各方面性能。例如:申请号为201610200202.x的发明《一种非水电解液及使用该非水电解液的锂二次电池》,其公开了甲烷二磺酸亚甲基酯化合物,可以改善锂二次电池的存储和循环性能。申请号为200710143917.7的发明《磷酸亚铁锂高功率锂离子电池电解液的组成物》,其公开了1,3-磺酸丙内酯化合物,可以很好的抑制电池发生气胀。

然而,磺酸类添加剂是锂离子电池电解液众所周知的添加剂,它们或多或少都存在一些问题。如1,3-磺酸丙内酯已被欧盟列为禁止使用物质;甲烷二磺酸亚甲基酯其稳定性较差,使得电解液保质期缩短。



技术实现要素:

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述问题,提供一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。

为实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:

一种锂离子电池电解液,所述电解液包括有机溶剂、导电锂盐和添加剂;所述添加剂由含硫类物质组成,所述的含硫类物质选自如下结构式中的一种或多种:

其中r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14和r15独立的选自氢、卤素、取代或未取代烷烃基及其卤代烷烃基、烯烃基、炔烃基、硅烷基、取代或未取代芳香烃基及其卤代芳香烃基、烷氧基和羧基中任一种。

一种含有上述电解液的锂离子电池,所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜以及电解液。

本发明相对于现有技术的有益效果是:采用了含硫类物质作为锂离子电解液成膜添加剂,改善正负极材料表面状态,抑制电解液与正负极材料发生反应,提高锂离子电池的高低温和循环寿命等各方面性能,同时丰富了电解液添加剂种类和选择范围。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一:本实施方式记载的是一种锂离子电池电解液,所述电解液包括有机溶剂、导电锂盐和添加剂;所述添加剂由含硫类物质组成,所述的含硫类物质选自如下结构式中的一种或多种:

其中r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14和r15独立的选自氢、卤素、取代或未取代烷烃基及其卤代烷烃基、烯烃基、炔烃基、硅烷基、取代或未取代芳香烃基及其卤代芳香烃基、烷氧基和羧基中任一种。

具体实施方式二:具体实施方式一所述的锂离子电池电解液,所述添加剂占电解液总质量的0.1%~10%。

具体实施方式三:具体实施方式二所述的锂离子电池电解液,所述添加剂占电解液总质量的0.3%~5%。

具体实施方式四:具体实施方式一所述的锂离子电池电解液,所述有机溶剂为碳酸酯、羧酸酯、醚、氟代碳酸酯、氟代羧酸酯、氟代醚中的一种或几种。

具体实施方式五:具体实施方式一所述的锂离子电池电解液,所述导电锂盐为二氟草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂中的一种或几种。

具体实施方式六:一种含有具体实施方式一至五任一具体实施方式所述电解液的锂离子电池,所述锂离子电池包括正极片、负极片、隔膜以及电解液。

实施例及对比例中所涉及到的含硫类物质添加剂:

对比例1

将溶剂碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯按质量比1:1:1混合,按电解液总质量计算在混合液里面添加13%的六氟磷酸锂,得到电解液。将电解液注入包含正极片、负极片和隔膜的未注液的电芯中,制成锂离子电池。

对比例2

将溶剂碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯按质量比1:1:1:1混合,按电解液总质量计算在混合液里面添加1%的碳酸亚乙烯酯、9%的六氟磷酸锂和7%的双氟磺酰亚胺锂,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例1

在对比例1基础上添加占电解液总质量0.1%的t1,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例2

在对比例1基础上添加占电解液总质量10%的t2,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例3

在对比例1基础上添加占电解液总质量0.5%的t3,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例4

在对比例1基础上添加占电解液总质量1%的t4,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例5

在对比例1基础上添加占电解液总质量2%的t5,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例6

在对比例1基础上添加占电解液总质量1%的t6,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例7

在对比例1基础上添加占电解液总质量0.3%的t7,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例8

在对比例2基础上添加占电解液总质量6%的t1和0.5t7,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例9

在对比例2基础上添加占电解液总质量4%的t2和0.5%的t6,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例10

在对比例2基础上添加占电解液总质量2%的t1和0.5%的t5,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例11

在对比例2基础上添加占电解液总质量0.5%的t3和0.5%t4,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例12

在对比例2基础上添加占电解液总质量0.5%的t1、0.5%的t3和0.5%的t6,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

实施例13

在对比例2基础上添加占电解液总质量0.5%的t2、0.5%的t4和0.5%的t7,得到电解液。将电解液注入和对比例1相同的电芯中,制成锂离子电池。

对以上对比例和实施例所得的锂离子电池进行电化学性能测试

高温存储实验:将实施例1~13和对比例1~2所得电池在室温下以1c的充放电倍率进行5次充放电循环测试,然后1c倍率充到满电状态。分别记录1c容量q和电池内阻t。将满电状态的电池在60℃下存储14天,记录电池内阻t0和1c放电容量q1,然后将电池在室温下以1c的倍率充放5周,记录1c放电容量q2,计算得到电池高温存储容量保持率、容量回复率和内阻变化率等实验数据,记录结果如表1。

其中用到的计算公式如下:

低温放电实验:将实施例1~13和对比例1~2所得电池在室温下以1c倍率进行5次充放电循环,然后以1c倍率充到满电状态,记录1c容量q0。将满电状态下的电池在-20℃下搁置4h后,以0.2c倍率放电到3v,记录放电容量q3,计算可得低温放电容量保持率,记录结果如表1。

低温放电容量保持率计算方式为下式:

表1实施例和对比例实验结果对比

由表1可以看出,使用本发明电解液的锂离子电池的循环性能得到明显提高,而且电池的高温和低温性能也得到明显改善。

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