CN110931876A - 一种高压锂离子电池电解液及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
一种高压锂离子电池电解液，包括溶剂、锂盐、无机成膜添加剂；所述溶剂中包括占溶剂重量5‑15%的（2,2,2‑三氟乙基）乙酯。在本发明中（2,2,2‑三氟乙基）乙酯的高稳定性可以防止电解液在阳极表面上被大量的氧化，从而保证电解液的高压循环性能，同时保证电池的容量保持率。在本发明中氟锆酸锂的加入能够对SEI膜的形成起到调控作用，使得SEI膜更加均匀，从而降低SEI膜的阻抗，进一步的提高电池的容量保持率。同时，氟锆酸锂能够进一步的抑制电解液在高压下的氧化分解。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种高压锂离子电池电解液。
背景技术
锂离子电池正极材料电压较高，易与有机电解液发生反应；一旦发生反应既消耗量电解液，也会破坏正极材料的结构完整性，从而导致电池的整体性能下降，为了改善高压下电极与电解液之间的界面稳定性，对正极材料进行包覆改性是一个重要的手段。常见的包覆材料包括碳材料、氧化物、氟化物等无机物，例如专利201711230525.4，一种耐高压的锂离子电池电解液及锂离子电池里面的包覆材料就是碳酸锂、氧化锂和碳酸钾等。但是这种传统的包覆材料在循环多次后，例如200次，在正极材料表面形成的SEI膜厚度较厚并且不均匀，阻抗加大，电池反映出来的就是循环性能不好。
同时，传统的高压电解液中，大多只关注成膜添加剂而对溶剂本身的关注很少。电解质在阴极表面被大量氧化从而破坏整个电解液的成分也是高压电解液亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种溶剂稳定，并且循环性能好的高压锂离子电池电解液及锂离子电池。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种高压锂离子电池电解液，包括溶剂、锂盐、无机成膜添加剂；所述溶剂中包括占溶剂重量5-15%的（2,2,2-三氟乙基）乙酯。
上述的高压锂离子电池电解液，优选的，所述溶剂还包括乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、以及甲基乙基酮；所述乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、以及甲基乙基酮的重量比为5～8： 4～7： 3～5： 1～2。
上述的高压锂离子电池电解液，优选的，溶剂还包括碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷；所述碳酸乙烯酯、所述2-丁酮及所述二氯甲烷的质量比为1～2：3～7：3～7。
上述的高压锂离子电池电解液，优选的，所述锂盐的溶度为1mol/L～1 .5mol/L。
上述的高压锂离子电池电解液，优选的，所述锂盐包括六氟碳酸锂、二氟碳酸锂、氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或者多种。
上述的高压锂离子电池电解液，优选的，所述无机成膜添加剂为氟锆酸锂，所述氟锆酸锂的重量为电解液总重量的1-5%。
6、根据权利要求5所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述氟锆酸锂的浓度为0.1-0.2mol/L
一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜以及权利要求1-6任一项所述的电解液。
上述的锂离子电池，优选的，所述正极包括正极集流体以及附着在正极上的正极活性材料；所述正极集流体为铝箔。
上述的锂离子电池，优选的，所述正极活性材料为镍锰酸锂LiNi0.5 Mn1.5 O4。
上述的锂离子电池，优选的，隔膜为聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、尼龙布、玻璃纤维、聚乙烯醇膜和石棉纸中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中（2,2,2-三氟乙基）乙酯的高稳定性可以防止电解液在阳极表面上被大量的氧化，从而保证电解液的高压循环性能，同时保证电池的容量保持率。在本发明中氟锆酸锂的加入能够对SEI膜的形成起到调控作用，使得SEI膜更加均匀，从而降低SEI膜的阻抗，进一步的提高电池的容量保持率。同时，氟锆酸锂能够进一步的抑制电解液在高压下的氧化分解。
附图说明
图1为添加有（2,2,2-三氟乙基）乙酯的电解液在循环200次后正极片上SEI膜的TEM图。
图2为未添加有（2,2,2-三氟乙基）乙酯的电解液在循环200次后正极片上SEI膜的TEM图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
一种高压锂离子电池电解液，其特征在于：包括溶剂、锂盐、无机成膜添加剂；所述溶剂中包括占溶剂重量5-15%的（2,2,2-三氟乙基）乙酯。
在本发明中，由于（2,2,2-三氟乙基）乙酯的高稳定性，能够提高电解液整体的稳定性。在高电压的情况下，电解液在阴极被大量氧化，而在发生反应的时候会产生大量的热，而（2,2,2-三氟乙基）乙酯具有高热稳定性，所以（2,2,2-三氟乙基）乙酯能够在一定程度上抑制电解液在阴极表面被大量氧化；从而保证电容器的循环性能。
在发明中，溶剂还包括乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、以及甲基乙基酮；所述乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、以及甲基乙基酮的重量比为5～8： 4～7： 3～5： 1～2。在本发明中通过将乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、（2,2,2-三氟乙基）乙酯以及甲基乙基酮混合形成共溶剂体系，能够克服单一溶剂存在的缺陷。而且该共溶剂体系具有粘度低、介电常数高和热稳定性等优点，进而该电解液具有较宽的电化学稳定窗口和较高的电导率，该电解液形成的锂电子电池具有较大的容量和循环稳定性，其电化学性能好。
在本发明中，溶剂可以是另外一种，也就是溶剂还包括碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷；所述碳酸乙烯酯、所述2-丁酮及所述二氯甲烷的质量比为1～2：3～7：3～7。
在本发明中，锂盐的溶度为1mol/L～1 .5mol/L。锂盐的浓度高能顾提高电解液的高压性能。
在本发明中，锂盐包括六氟碳酸锂、二氟碳酸锂、氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或者多种。值得指出的是，碳酸锂盐，也就是这里指出的六氟碳酸锂和二氟碳酸锂与（2,2,2-三氟乙基）乙酯的协调性更好，在循环多次后，电池发热，碳酸锂盐会沉积在阴极表面，从而增加阴极表面阻抗使得电池内阻增加，而（2,2,2-三氟乙基）乙酯的加入后能够减少碳酸锂盐的沉积。
在本发明中，无机成膜添加剂为氟锆酸锂，所述氟锆酸锂的重量为电解液总重量的1-5%。
在本发明中，氟锆酸锂的浓度为0.1-0.2mol/L。氟锆酸锂的浓度最好为0.15 mol/L；氟锆酸锂的加入能够参与到正极表面SEI膜的形成，并且形成的膜的均匀性好，阻抗低，能够大大的减少电荷转移阻抗。图1为添加有（2,2,2-三氟乙基）乙酯的电解液在循环200次后正极片上SEI膜的TEM图。图2为未添加有（2,2,2-三氟乙基）乙酯的电解液在循环200次后正极片上SEI膜的TEM图。由图可以看出添加有添加有（2,2,2-三氟乙基）乙酯的电解液在循环200次后正极片上的SEI膜均匀，并且厚度较薄。
本发明还提供一种锂离子电池其特征在于：包括正极、负极、隔膜以及上面所述的电解液。正极包括正极集流体以及附着在正极上的正极活性材料；所述正极集流体为铝箔。正极活性材料为镍锰酸锂LiNi0.5 Mn1.5 O4。隔膜为聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、尼龙布、玻璃纤维、聚乙烯醇膜和石棉纸中的至少一种。
实施例1
将乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、（2,2,2-三氟乙基）乙酯以及甲基乙基酮按质量比4：3：1：1配置成多元共混溶剂，再向上述多元共混溶剂中加入锂盐（六氟碳酸锂）和无机成膜添加剂（氟锆酸锂），制得耐高压的锂离子电池电解液1，其中，该六氟碳酸锂的用量为1.5mol/L，该无机成膜添加剂的用量占电解液总质量的5%。
采用常规方法使用上述耐高压的锂离子电池电解液1制备锂离子电池1。
对比例1
对比例1与实施例1相比没有（2,2,2-三氟乙基）乙酯，其他成分均一样，制备出对比电解液1，并且采用常规方法将对比电解液1制备对比锂离子电池1。
对比例2
对比例2与实施例1相比，是无机成膜添加剂由氟锆酸锂改成了常规的无机成膜添加剂硫酸锂，其他部分与实施例1相同，制备出对比电解液2，并且采用常规方法将对比电解液2制备对比锂离子电池2。
对比例3
对比例3与实施例1相比，是无机成膜添加剂由氟锆酸锂改成了常规的无机成膜添加剂硫酸锂，并且溶剂中没有（2,2,2-三氟乙基）乙酯，其他部分与实施例1相同，制备出对比电解液3，并且采用常规方法将对比电解液3制备对比锂离子电池3。
循环30次后将实施例1和对比例1-对比例3的锂离子电池在放电状态下（E=3V）进行电化学阻抗测试。
表1为实施例1和对比例1-对比例3的锂离子电池的性能测试
注：电池的设计容量为4200 mAh。
由上表可以看出，实施例1的电池的电容量保持率高、倍率性能好且循环性能好；具有优异的电化学性能。
Claims (10)
1.一种高压锂离子电池电解液，其特征在于：包括溶剂、锂盐、无机成膜添加剂；所述溶剂中包括占溶剂重量5-15%的（2,2,2-三氟乙基）乙酯。
2.根据权利要求1所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述溶剂还包括乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、以及甲基乙基酮；所述乙烯碳酸酯、碳酸甲乙烯酯、以及甲基乙基酮的重量比为5～8： 4～7： 3～5： 1～2。
3.根据权利要求1所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于：溶剂还包括碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷；所述碳酸乙烯酯、所述2-丁酮及所述二氯甲烷的质量比为1～2：3～7：3～7。
4.根据权利要求1所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐的溶度为1mol/L～1 .5mol/L;所述锂盐包括六氟碳酸锂、二氟碳酸锂、氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或者多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述无机成膜添加剂为氟锆酸锂，所述氟锆酸锂的重量为电解液总重量的1-5%。
6.根据权利要求5所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于：所述氟锆酸锂的浓度为0.1-0.2mol/L。
7.一种锂离子电池，其特征在于：包括正极、负极、隔膜以及权利要求1-6任一项所述的电解液。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极包括正极集流体以及附着在正极上的正极活性材料；所述正极集流体为铝箔。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极活性材料为镍锰酸锂LiNi0.5 Mn1.5 O4。
10.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于：隔膜为聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、尼龙布、玻璃纤维、聚乙烯醇膜和石棉纸中的至少一种。
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