【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池，具體涉及一種兼顧電池的倍率性能和安全性能的非水電解液及鋰離子電池。
技術介紹
1、鋰離子電池因其具有工作電壓高、工作溫度范圍廣、能量密度和功率密度大、無記憶效應和循環壽命長等優點，在手機、筆記本電腦等3c數碼產品領域以及新能源汽車領域得到了廣泛的應用。近年來，鋰離子電池的開發趨向高能量密度、高倍率、高安全的方向。
2、在這種市場趨勢下，電池材料趨向于采用高壓實、低孔隙率的正負極材料以及薄層隔膜，提高正負極活性物質在電池中的占比，提高電池的能量密度。但在這種電池體系中，孔隙率很低，造成電解液在極片上的擴散浸潤不足，嚴重影響了電池循環倍率，導致高倍率下電池循環出現析鋰現象，進而引起電池循環跳水失效。為了開發出兼顧高能量密度和高倍率的電池，如何設計出高離子導電性和鋰離子遷移數的電解液成為關鍵；為了符合電池高安全的特性，電解液需要進一步滿足在高溫和高壓下與電池具備良好的兼容性。
3、當前市場主要使用乙酸乙酯和丙酸乙酯兩種溶劑用以降低電解液粘度，提高電解液的導鋰能力，但對電池安全性能出現了嚴重劣化，限制了快充型電解液的推廣和使用。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種兼顧電池的倍率性能和安全性能的非水電解液及鋰離子電池。
2、本專利技術采用以下技術方案：
3、一種非水電解液，所述非水電解液包括鋰鹽和有機溶劑；
4、所述有機溶劑包括丙酸甲酯、丁酸乙酯中的至少一種羧酸酯；
5
6、所述非水電解液滿足以下條件：
7、1.8≤（10×d+n×b）/a≤18，10≤a≤60，30≤b≤98，0.8≤n≤1.5，3.2≤d≤10；
8、其中，a為非水電解液中羧酸酯的質量百分含量，單位為wt%；
9、b為鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量，單位為wt%；
10、n為非水電解液中鋰鹽的總含量，單位為mol/l；
11、d為非水電解液的熱膨脹率，單位為%；
12、所述非水電解液的熱膨脹率的測試方法為：將非水電解液置于具備容量刻度的容器中，再將非水電解液放置到高低溫試驗箱中于25℃保溫2h，讀取非水電解液體積記錄為v1；將高低溫試驗箱升溫到85℃，并在85℃保溫2h，讀取非水電解液體積記錄為v2；非水電解液的熱膨脹率d=(v2-v1)/v1×100%。
13、本專利技術的非水電解液，通過以丙酸甲酯、丁酸乙酯中的至少一種羧酸酯做有機溶劑，兩種不同的鋰鹽且其中一種為六氟磷酸鋰，專利技術人經過大量研究發現，當非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a、鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量b、非水電解液中鋰鹽的總含量n及非水電解液的熱膨脹率d之間的關系滿足1.8≤（10×d+n×b）/a≤18，10≤a≤60，30≤b≤98，0.8≤n≤1.5，3.2≤d≤10時，能夠共同影響電池的倍率性能和安全性能，形成相互作用的統一整體。推測是丙酸甲酯、丁酸乙酯具有優良的介電常數和低粘度特性，有助于兼顧電池的倍率性能和安全性能；通過控制鋰鹽總量來維持電解液的高電導特性，并利用六氟磷酸鋰在負極形成的界面膜來提高電池高溫穩定性，同時其他鋰鹽的引入進一步助力界面膜的穩定性；電解液熱膨脹率的限定可以控制電池的高溫性能，防止出現電池起火等安全問題。當非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a、鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量b、非水電解液中鋰鹽的總含量n及非水電解液的熱膨脹率d處于協同狀態時，能兼顧電池的倍率性能和安全性能。優選的，非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a、鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量b、非水電解液中鋰鹽的總含量n及非水電解液的熱膨脹率d滿足2.5≤（10×d+n×b）/a≤12.5；更優選的，非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a、鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量b、非水電解液中鋰鹽的總含量n及非水電解液的熱膨脹率d滿足3.2≤（10×d+n×b）/a≤12.5。
14、本專利技術有機溶劑選用丙酸甲酯、丁酸乙酯中的至少一種羧酸酯。羧酸酯在提升電池倍率性能上優于常規碳酸酯溶液，但羧酸酯與電池其他組成的兼容性差，高溫下大部分羧酸酯對鋰金屬和石墨負極極片存在較大腐蝕，引發電池起火。對于羧酸酯類溶劑，丙酸甲酯與甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯相比，具有更加優越的高溫負極兼容性；與乙酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸甲酯相比具有更高的熔沸點，熱力學穩定性更佳的同時還具備優良的介電常數和低粘度特性，是兼顧電池倍率性能和熱安全性能的優選溶劑。丁酸乙酯在丙酸甲酯的基礎上各延展一個甲基，具備相似的偶極矩和極性，同樣在電池負極具有較好的高溫兼容性。具體的，在本專利技術的一些實施例中，非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a為10wt%、12wt%、15wt%、18wt%、20wt%、24wt%、25wt%、27wt%、30wt%、32wt%、35wt%、38wt%、40wt%、42wt%、45wt%、48wt%、50wt%、52wt%、55wt%、58wt%、60wt%或這些值中任意兩者組成的中間值。若a值過低，無法有效體現其對電解液導電特性的提升；若a值過高，會導致電解液的熱力學穩定性下降，高溫下電解液的體積膨脹會引發體系分布不均勻。優選的，非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a為15wt%~50wt%；更優選的，非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a為15wt%~30wt%。
15、鋰鹽的含量是影響非水電解液導電特性的關鍵因素之一，為了維持非水電解液的高電導特性，在本專利技術的一些實施例中，非水電解液中鋰鹽的總含量n為0.8mol/l、0.85mol/l、0.9mol/l、0.95mol/l、1.0mol/l、1.05mol/l、1.1mol/l、1.15mol/l、1.2mol/l、1.25mol/l、1.3mol/l、1.35mol/l、1.4mol/l、1.45mol/l、1.5mol/l或這些值中任意兩者組成的中間值。若n值過低，導致電解液電導偏低；若n值過高，陰陽離子解離不徹底，導致鋰離子遷移數下降，電導率下降。優選的，非水電解液中鋰鹽的總含量n為1.0mol/l~1.4mol/l。
16、本專利技術的鋰鹽包含六氟磷酸鋰，六氟磷酸鋰作為傳統鋰鹽在電池負極可以形成富含lif的sei界面膜，提高電池界面的高溫穩定性；同時六氟磷酸鋰在鋰鹽中的含量需要在30wt%以上，才能保障電池sei的強度和循環存儲過程中的界面修復；然而單一的六氟磷酸鋰形成的界面膜無法支撐電池負極鋰離子的高效嵌入和脫出，因此需要引入其他鋰鹽來提高界面導鋰效率。具體的，在本專利技術的一些實施例中，鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量b為30wt%、35wt%、38wt%、40wt%、45wt%、48wt%、50wt%、52wt%、55wt%、58wt%、60wt%、62wt%、65wt%、68wt%、70wt%、72wt%、75wt%、78wt%、80wt%、82wt%、85wt%、88wt%、90w本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種非水電解液，其特征在于，所述非水電解液包括鋰鹽和有機溶劑；
2.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液滿足以下條件：2.5≤（10×d+n×b）/a≤12.5。
3.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a為15wt%~50wt%。
4.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量b為60wt%~97wt%。
5.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液中鋰鹽的總含量n為1.0mol/L~1.4mol/L。
6.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液的熱膨脹率d為3.2%~8%。
7.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述鋰鹽還包括雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟草酸磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、四氟硼酸鋰、二氟磷酸鋰中的一種或幾種。
8.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述有機溶劑還包括環狀碳酸酯類溶劑、線狀碳酸酯類
9.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液還包括添加劑，所述添加劑包括環狀硫酸酯類化合物、磺酸內酯類化合物、環狀碳酸酯類化合物、磷酸酯類化合物和腈類化合物中的至少一種；和/或，
10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括正極、負極以及權利要求1-9中任一項所述的非水電解液。
...【技術特征摘要】
1.一種非水電解液，其特征在于，所述非水電解液包括鋰鹽和有機溶劑；
2.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液滿足以下條件：2.5≤（10×d+n×b）/a≤12.5。
3.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液中羧酸酯的質量百分含量a為15wt%~50wt%。
4.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述鋰鹽中六氟磷酸鋰的質量百分含量b為60wt%~97wt%。
5.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液中鋰鹽的總含量n為1.0mol/l~1.4mol/l。
6.根據權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水電解液的熱膨脹率d為3.2%~...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉中波，林雄貴，李銳填，
申請(專利權)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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