本发明涉及锂离子电池,具体涉及一种电解液及包含该电解液的锂电池。
背景技术:
1、近年来,随着新能源技术的发展,车用的锂离子动力电池对锂离子二次电池的性能提出了更高的要求。为了满足电动汽车长续航里程、宽温度范围环境,需要开发具有更高的能量密度、更优异的高温循环、存储性能的锂离子二次电池,以满足车用动力电池10年以上的寿命要求。
2、高电压和高容量正极材料的开发,材料的充电电压上限已经超过碳酸酯及有机电解液的电化学稳定性极限(>4.5v),再加上碳酸酯溶剂易挥发、易燃烧、降低了电池使用温度范围,同时给电池带来安全隐患。
3、高电压下,正极材料容易发生界面劣化,颗粒破碎,氧化电解液,导致高温下寿命迅速衰减。此外,常规碳酸酯溶剂在4.5v以上不稳定,容易发生氧化反应分解,产气膨胀,安全性能下降。
4、因此,如何提高锂电池的循环稳定性和安全性是目前研发人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的锂电池的循环稳定性和安全性较差的缺陷,从而提供一种电解液及包含该电解液的锂电池。
2、本发明提供了一种电解液,包括:
3、(a)锂盐;
4、(b)有机溶剂,所述有机溶剂包括式1所示的磷酸酯化合物和/或式2所示的磷酸酯化合物;
5、
6、其中,r1~r4独立地选自c1-c5的烷基、卤素取代的c1-c5的烷基、c6-c10的芳基、卤素取代的c6-c10的芳基或者-sir5r6r7,r5~r7独立的选自c1-c8的烷基;
7、(c)添加剂,所述添加剂包括式3所示的亚磷酸酯化合物和/或4所示的亚磷酸酯化合物;
8、
9、其中,r1~r4独立地选自c1-c5的烷基、卤素取代的c1-c5的烷基、c6-c10的芳基、卤素取代的c6-c10的芳基或者-sir5r6r7,r5~r7独立的选自c1-c8的烷基。
10、进一步地,式1所示的磷酸酯化合物和/或式2所示的磷酸酯化合物中,r1~r4独立地选自c1-c3的烷基、1-6个f原子取代的c1-c3的烷基、苯基、1-6个f原子取代的苯基或者-sir5r6r7,r5~r7独立的选自c1-c3的烷基;优选的,所述磷酸酯化合物选自或者优选的,以所述电解液的质量为100%计,所述磷酸酯化合物的质量分数为5~95%。
11、进一步地,式3所示的亚磷酸酯化合物和/或4所示的亚磷酸酯化合物中,r1~r4独立地选自c1-c3的烷基、1-6个f原子取代的c1-c3的烷基、苯基、1-6个f原子取代的苯基或者-sir5r6r7,r5~r7独立的选自c1-c3的烷基;优选的,所述亚磷酸酯化合物选自或者
12、本发明中,磷酸酯化合物和亚磷酸酯化合物的结构如下:
13、
14、
15、进一步地,以所述电解液的质量为100%计,所述亚磷酸酯化合物的质量分数为0.01~5%,更优选为0.1~2%。
16、进一步地,所述锂盐包括lipf6、li(fso2)2n(lifsi)、li(cf3so2)2n(litfsi)中的任意一种或至少两种的组合,优选lipf6。
17、进一步地,锂盐的浓度为0.5~2mol/l。
18、进一步地,所述有机溶剂还可包括环状碳酸酯和链状酸酯。
19、进一步地,所述电解液中还可包括其他添加剂。
20、进一步地,所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯或γ-丁内酯中的至少一种;所述链状酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯或丁酸乙酯中的至少一种。
21、所述其他添加剂包括含有不饱和键的环状碳酸酯化合物、卤素取代的环状碳酸酯化合物、硫酸酯化合物、亚硫酸酯化合物、磺酸内酯化合物、腈化合物、芳香化合物、异氰酸酯化合物、磷腈化合物、环状酸酐化合物、亚磷酸酯化合物、磷酸酯化合物或硼酸酯化合物、锂盐类添加剂中的任意一种或至少两种的组合。
22、本发明还提供了一种锂电池,包括所述的电解液。
23、进一步地,所述正极片包括正极活性材料,所述正极活性材料包括licoo2、linixcoymn1-x-yo2、linixmnyo2、linixmnyo4、limn2o4、limno2、li2mno4、li1+amn1-xmxo2、lico1-xmxo2、limn1-xmxo4、li2mn1-xo4中的任意一种或多种;其中,m选自ni、co、mn、al、cr、mg、zr、mo、v、ti中的任意一种,0≤a<0.2,0≤x≤2,0≤y≤2;优选lini0.5mn1.5o4正极材料。
24、进一步地,所述负极片包括负极活性材料,所述负极活性材料包括软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅氧负极、硅碳负极、锂金属中等的任意一种或至少两种的组合;优选锂金属或者硅氧负极。
25、本发明技术方案,具有如下优点:
26、本发明提供的电解液,通过采用式1所示的磷酸酯化合物和/或式2所示的磷酸酯化合物、式3所示的亚磷酸酯化合物和/或4所示的亚磷酸酯化合物与锂盐相互配合,特定结构的磷酸酯化合物与亚磷酸酯化合物发挥协同增效作用,能够有效抑制电池的氧化反应分解,正极界面形成有效的保护膜,大幅度提高正极材料在高电压循环过程中材料结构的稳定性,提高电池的循环性能。同时抑制高温下产气膨胀,提高阻燃性,从而提高电池的安全性能。与高电压正极材料(比如lini0.5mn1.5o4)搭配效果更好。
1.一种电解液,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,式1所示的磷酸酯化合物和/或式2所示的磷酸酯化合物中,r1~r4独立地选自c1-c3的烷基、1-6个f原子取代的c1-c3的烷基、苯基、1-6个f原子取代的苯基或者-sir5r6r7,r5~r7独立的选自c1-c3的烷基;优选的,所述磷酸酯化合物选自或者优选的,以所述电解液的质量为100%计,所述磷酸酯化合物的质量分数为5~95%。
3.根据权利要求1或2所述的电解液,其特征在于,式3所示的亚磷酸酯化合物和/或4所示的亚磷酸酯化合物中,r1~r4独立地选自c1-c3的烷基、1-6个f原子取代的c1-c3的烷基、苯基、1-6个f原子取代的苯基或者-sir5r6r7,r5~r7独立的选自c1-c3的烷基;优选的,所述亚磷酸酯化合物选自或者
4.根据权利要求1-3中任一所述的电解液,其特征在于,以所述电解液的质量为100%计,所述亚磷酸酯化合物的质量分数为0.01~5%,更优选为0.1~2%。
5.根据权利要求1-4中任一所述的电解液,其特征在于,所述锂盐包括lipf6、lifsi、litfsi中的任意一种或至少两种的组合,优选lipf6。
6.根据权利要求1-5中任一所述的电解液,其特征在于,所述有机溶剂还包括环状碳酸酯和链状酸酯。
7.根据权利要求6所述的电解液,其特征在于,所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯或γ-丁内酯中的至少一种;所述链状酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯或丁酸乙酯中的至少一种。
8.一种锂电池,其特征在于,包括权利要求1-7中任一所述的电解液、正极片和负极片。
9.根据权利要求8所述的锂电池,其特征在于,所述正极片包括正极活性材料,所述正极活性材料包括licoo2、linixcoymn1-x-yo2、linixmnyo2、linixmnyo4、limn2o4、limno2、li2mno4、li1+amn1-xmxo2、lico1-xmxo2、limn1-xmxo4、li2mn1-xo4中的任意一种或多种;其中,m选自ni、co、mn、al、cr、mg、zr、mo、v、ti中的任意一种,0≤a<0.2,0≤x≤2,0≤y≤2;优选lini0.5mn1.5o4正极材料。
10.根据权利要求8或9所述的锂电池,其特征在于,所述负极片包括负极活性材料,所述负极活性材料包括软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅氧负极、硅碳负极、锂金属中等的任意一种或至少两种的组合;优选锂金属或者硅氧负极。