改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開并提供了一種能降低電解液中水分和HF含量、提高電池充放電循環(huán)性能優(yōu)良的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液，所述鋰離子電池非水電解液包括有機(jī)溶劑、鋰鹽以及添加劑，所述溶劑為環(huán)狀碳酸酯或鏈狀碳酸酯中的至少一種，所述添加劑包括1,3-丙磺酸內(nèi)酯、硅氮烷和醚腈類添加劑，其中，按重量份計(jì)，所述有機(jī)溶劑為100重量份、所述1,3-丙磺酸內(nèi)酯為1～5重量份、所述硅氮烷為0.01～1重量份、所述醚腈類添加劑為1～5重量份。本發(fā)明通過將所述硅氮烷、所述1,3-丙磺酸內(nèi)酯、醚腈類添加劑的聯(lián)合使用，顯著改善電解液中水分含量和HF含量，明顯改善高溫儲(chǔ)存和高溫循環(huán)性能。
【專利說明】改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液
[0001][【技術(shù)領(lǐng)域】]
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池電解液，尤其涉及一種改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液。
[0002][【背景技術(shù)】]
鋰離子電池因其具有工作電壓高、能量密度高、環(huán)境友好、循環(huán)穩(wěn)定、安全等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、MP4等等各種電子設(shè)備中。但隨著電子設(shè)備中電池容量的提高，人們對(duì)鋰離子電池的工作電壓和能量密度也提出了更高的要求。但是，隨著工作環(huán)境對(duì)水分溫度要求提高，電解液中水份含量過高導(dǎo)致其與電解液的反應(yīng)也隨之加速，產(chǎn)生HF最終導(dǎo)致常溫及高溫下氣脹嚴(yán)重，循環(huán)性能降低，嚴(yán)重制約了電池性能性能的發(fā)揮。
[0003][
【發(fā)明內(nèi)容】
]
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能降低電解液中水分和HF含量、提高電池充放電循環(huán)性能優(yōu)良的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括有機(jī)溶劑、鋰鹽以及添加劑，所述溶劑為環(huán)狀碳酸酯或鏈狀碳酸酯中的至少一種，所述添加劑包括1，3-丙磺酸內(nèi)酯、硅氮烷和醚腈類添加劑，其中，按重量份計(jì)，所述有機(jī)溶劑為100重量份、所述I, 3-丙磺酸內(nèi)酯為I?5重量份、所述娃氮燒為0.01?I重量份、所述醚腈類添加劑為I?
5重量份。
[0005]優(yōu)化的，所述添加劑還包括常規(guī)添加劑，所述常規(guī)添加劑為0.1?5重量份，所述常用添加劑為碳酸亞乙烯、乙烯基碳酸乙烯醋、1，3_丙烷磺酸內(nèi)酯、1，4-丁磺酸內(nèi)酯和丙烯基-1，3-磺酸內(nèi)酯中的至少一種。
[0006]優(yōu)化的，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯或Y-丁內(nèi)酯中的至少一種。
[0007]優(yōu)化的，所述鏈狀碳酸酯為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一種。
[0008]優(yōu)化的，所述硅氮烷為六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷或氟代硅氮烷中的至少一種。
[0009]優(yōu)化的，所述的醚腈類添加為乙二醇單丁醚、乙二醇雙(丙腈)醚、1，2，3-三(2-氰氧基)丙烷的至少一種。
[0010]優(yōu)化的，所述鋰鹽在所述有機(jī)溶劑中的摩爾濃度為0.8?1.5mol/L，所述鋰鹽為 LiPF6, LiBF4' LiClO4、LiAsF6, LiCF3SO2' LiN (CF3SO2)2' LiBOB, LiDFOB、LiPF4C2O4 或 LiN(C2F5SO2)2中的至少一種。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:通過將硅氮烷、1，3?丙磺酸內(nèi)酯、醚腈類添加劑的聯(lián)合使用，醚腈類物質(zhì)能吸收少量水和HF，形成酰胺類物質(zhì)，降低由于HF和P0F3等的催化，使電解液溶劑分解造成的高溫脹氣消除，腈類物質(zhì)在首次充放電過程中會(huì)在正極表面形成穩(wěn)定膜，有效抑制正極氧化電解液，從而抑制高溫脹氣，在高溫存儲(chǔ)條件下，所述鋰鹽的分解，HF、PF6等會(huì)使得非水電解液呈酸性，在酸性溶液中，在非水電解液正極表面處的氧化反應(yīng)會(huì)加速，然而，具有醚鍵的二腈化合物的醚基中的氧(-O-)會(huì)與非水電解液中的HF、PF6等形成鍵，由此，可防止酸性溶液的形成，以限制非水電解液的氧化和分解反應(yīng)的加速，硅氮烷可以抑制電解液在儲(chǔ)存過程中LiPF6的水解及熱解，減少電解液中H20和HF的含量，明顯提高鋰離子電解液的儲(chǔ)存穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，同時(shí)可以改善鋰離子電池的電化學(xué)性能和循環(huán)性能，1，3丙磺酸內(nèi)酯(PS)可以在負(fù)極形成致密的SEI膜，能有效改善鋰離子二次電池的高溫存儲(chǔ)特性，以上三種添加劑的聯(lián)合使用顯著改善電解液中水分含量和HF含量，明顯改善高溫儲(chǔ)存和高溫循環(huán)性能
[【具體實(shí)施方式】]
本發(fā)明包括有機(jī)溶劑、鋰鹽以及添加劑，所述有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯或鏈狀碳酸酯中的至少一種，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯或Y-丁內(nèi)酯中的至少一種，所述鏈狀碳酸酯為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一種。所述添加劑包括1，3-丙磺酸內(nèi)酯、硅氮烷類添加劑、醚腈類添加劑以及常規(guī)添加劑，其中，按重量份計(jì)，所述有機(jī)溶劑為100重量份、所述1，3_丙磺酸內(nèi)酯為I?5重量份、所述硅氮烷類添加劑為0.01?I重量份、所述醚腈類添加劑為I?5重量份、所述常規(guī)添加劑為0.1?5重量份，所述常用添加劑為碳酸亞乙烯、乙烯基碳酸乙烯醋、1，4-丁磺酸內(nèi)酯和丙烯基-1，3-磺酸內(nèi)酯中的至少一種。其中，所述硅氮烷類添加劑為六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷或氟代硅氮烷中的至少一種，所述的醚腈類添加劑為乙二醇雙(丙腈)醚、1，2，3-三(2-氰氧基)丙烷中的至少一種，所述鋰鹽在所述有機(jī)溶劑中的摩爾濃度為 0.8 ?1.5mol/L，所述鋰鹽為 LiPF6, LiBF4' LiClO4' LiAsF6, LiCF3SO2, LiN(CF3SO2)2、LiBOB, LiDFOB、LiPF4C2O4 或 LiN (C2F5SO2)2 中的至少一種，
通過將硅氮烷、1，3?丙磺酸內(nèi)酯、醚腈類添加劑的聯(lián)合使用，醚腈類物質(zhì)能吸收少量水和HF，形成酰胺類物質(zhì)，降低由于HF和P0F3等的催化，使電解液溶劑分解造成的高溫脹氣消除，腈類物質(zhì)在首次充放電過程中會(huì)在正極表面形成穩(wěn)定膜，有效抑制正極氧化電解液，從而抑制高溫脹氣，在高溫存儲(chǔ)條件下，所述鋰鹽的分解，HF、PF6等會(huì)使得非水電解液呈酸性，在酸性溶液中，在非水電解液正極表面處的氧化反應(yīng)會(huì)加速，然而，具有醚鍵的二腈化合物的醚基中的氧(-0-)會(huì)與非水電解液中的HF、PF6等形成鍵，由此，可防止酸性溶液的形成，以限制非水電解液的氧化和分解反應(yīng)的加速，硅氮烷可以抑制電解液在儲(chǔ)存過程中LiPF6的水解及熱解，減少電解液中H20和HF的含量，明顯提高鋰離子電解液的儲(chǔ)存穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，同時(shí)可以改善鋰離子電池的電化學(xué)性能和循環(huán)性能。1，3_丙磺酸內(nèi)酯(PS)可以在負(fù)極形成致密的SEI膜，能有效改善鋰離子二次電池的高溫存儲(chǔ)特性。以上三種添加劑的聯(lián)合使用顯著改善電解液中水分含量和HF含量，明顯改善高溫儲(chǔ)存和高溫循環(huán)性能。
[0012]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
實(shí)施例一:
本實(shí)施例是在BRAUN手套箱中配制電解液，手套箱中充滿純度為99.999%的氮?dú)?，手套箱中水分控制?lt; 5ppm，溫度是在室溫下，將30克碳酸乙烯酯和70克碳酸甲乙酯混合均勻后密封，放入冰箱中待其冷卻至8°C后，轉(zhuǎn)移至手套箱中，然后分兩批加入LiPF6充分混合，形成鋰鹽摩爾濃度為I mol/L的鋰離子電池的非水電解液，在以上非水電解液中加入所述有機(jī)溶劑總質(zhì)量0.01%的六甲基二硅氮烷、3%的1，3-丙磺酸內(nèi)酯、1%的乙二醇單丁醚以及1%的碳酸亞乙烯酯均勻混合后，得到本實(shí)施例的鋰離子非水電解液。
[0013]其中，F(xiàn)EC(CAS: 114435-02-8)、SN(CAS: 110-61-2)、AND(111-69-3)、PS (CAS:1120-71-4)等材料購(gòu)自于百靈威科技有限公司。
[0014]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一大致相同，不同的是，本實(shí)施例中采用的是40克碳酸乙烯酯和60克碳酸二乙酯混合均勻后密封，放入冰箱中待其冷卻至8°C后，轉(zhuǎn)移至手套箱中，然后分兩批加入LiPF6充分混合，形成鋰鹽摩爾濃度為1.2 mo I/L的鋰離子電池的非水電解液，在所述非水電解液中加入所述有機(jī)溶劑總質(zhì)量0.1%的六甲基二硅氮烷、2%的1，3-丙磺酸內(nèi)酯、2%的1，2，3-三(2-氰氧基)丙烷以及2%的碳酸亞乙烯酯均勻混合后，得到本實(shí)施例的鋰離子非水電解液。
[0015]實(shí)施例三:
本實(shí)施例與實(shí)施例一大致相同，不同的是，本實(shí)施例中采用的是20克碳酸乙烯酯、50克碳酸甲乙酯和30克碳酸二乙酯混合均勻后密封，放入冰箱中待其冷卻至8°C后，轉(zhuǎn)移至手套箱中，然后分兩批加入LiPF6充分混合，形成鋰鹽摩爾濃度為1.2mol/L的鋰離子電池的非水電解液，在所述非水電解液中加入所述有機(jī)溶劑總質(zhì)量0.2%的七甲基二硅氮烷、5%的1，3-丙磺酸內(nèi)酯、1.5%的乙二醇雙(丙腈)醚以及3%的碳酸亞乙烯酯均勻混合后，得到本實(shí)施例的鋰離子非水電解液。
[0016]實(shí)施例四:
本實(shí)施例與實(shí)施例一大致相同，不同的是，本實(shí)施例中采用的是30克碳酸乙烯酯、30克碳酸甲乙酯和40克碳酸二乙酯混合均勻后密封，放入冰箱中待其冷卻至8°C后，轉(zhuǎn)移至手套箱中，然后分兩批加入LiPF6充分混合，形成鋰鹽摩爾濃度為0.8mol/L的鋰離子電池的非水電解液，在所述非水電解液中加入所述有機(jī)溶劑總質(zhì)量0.5%的六甲基二硅氮烷、3%的1，3-丙磺酸內(nèi)酯、1%的1，2，3_三(2-氰氧基)丙烷以及2%的碳酸亞乙烯酯均勻混合后，得到本實(shí)施例的鋰離子非水電解液。
[0017]實(shí)施例五:
本實(shí)施例與實(shí)施例一大致相同，不同的是，本實(shí)施例中采用的是40克碳酸乙烯酯、30克碳酸甲乙酯和30克碳酸二乙酯混合均勻后密封，放入冰箱中待其冷卻至8°C后，轉(zhuǎn)移至手套箱中，然后分兩批加入LiPF6充分混合，形成鋰鹽摩爾濃度為1.5mol/L的鋰離子電池的非水電解液，在所述非水電解液中加入所述有機(jī)溶劑總質(zhì)量0.1%的七甲基二硅氮烷、1%的1，3-丙磺酸內(nèi)酯、5%的乙二醇雙(丙腈)醚以及5%的碳酸亞乙烯酯均勻混合后，得到本實(shí)施例的鋰離子非水電解液。
[0018]對(duì)比例:
申請(qǐng)人:根據(jù)情況選擇了 5種不同比例的原配方體系進(jìn)行對(duì)比說明，該5種配方體系中不包含本申請(qǐng)公開的3種添加劑。
[0019]表1:實(shí)施例1-5的組分含量表
【權(quán)利要求】
1.一種改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液，它包括有機(jī)溶劑、鋰鹽以及添加劑，其特征在于:所述溶劑為環(huán)狀碳酸酯或鏈狀碳酸酯中的至少一種，所述添加劑包括1，3-丙磺酸內(nèi)酯、硅氮烷類添加劑和醚腈類添加劑，其中，按重量份計(jì)，所述有機(jī)溶劑為100重量份、所述1，3-丙磺酸內(nèi)酯為I?5重量份、所述娃氮燒類添加劑為0.01?I重量份、所述醚腈類添加劑為I?5重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液:其特征在于:所述添加劑還包括常規(guī)添加劑，所述常規(guī)添加劑為0.1?5重量份，所述常用添加劑為碳酸亞乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1，4- 丁磺酸內(nèi)酯和丙烯基-1，3-磺酸內(nèi)酯中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液，其特征在于:所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯或Y-丁內(nèi)酯中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液，其特征在于:所述鏈狀碳酸酯為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液，其特征在于:所述硅氮烷類添加劑為六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷或氟代硅氮烷中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液，其特征在于:所述的醚腈類添加劑為乙二醇單丁醚、乙二醇雙(丙腈)醚、1，2，3-三(2-氰氧基)丙烷中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善電池高溫性能的鋰離子電池非水電解液，其特征在于:所述鋰鹽在所述非水電解液中的摩爾濃度為0.8?1.5mol/L，所述鋰鹽為L(zhǎng)iPF6、LiBF4,LiClO4'LiAsF6'LiCF3SO2'LiN (CF3SO2) 2、LiBOB，LiDFOB、LiPF4C2O4 或 LiN (C2F5SO2)2 中的至少一種。
【文檔編號(hào)】H01M10/0567GK103985904SQ201410215791
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】王霹霹, 陳性保, 戴曉兵 申請(qǐng)人:珠海市賽緯電子材料有限公司