【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池電解液，具體為一種電解液及應(yīng)用其的鋰電池。
技術(shù)介紹
1、隨著便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車以及智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對(duì)高性能電化學(xué)存儲(chǔ)器件的需求越來(lái)越高。其中，鋰電池以其高能量密度、高工作電壓、長(zhǎng)循環(huán)壽命和最小的記憶效應(yīng)一直在商業(yè)市場(chǎng)占據(jù)舉足輕重的地位。在動(dòng)力電池方面，傳統(tǒng)的鋰電池能量密度已接近理論極限，但仍不能滿足現(xiàn)有應(yīng)用需求。目前，尖晶石鎳錳酸鋰正極(lnmo)材料具有4.75v的高工作電壓(相對(duì)于li/li+)和146.7mah/g高的理論比容量，材料成分中不含有co元素，制備工藝較簡(jiǎn)單，成本較低且具備安全性高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為最具潛力的下一代商用高能量密度鋰電池正極材料。
2、但尖晶石鎳錳酸鋰正極(lnmo)材料作為正極活性材料，也面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。具體而言，尖晶石鎳錳酸鋰正極(lnmo)材料表面裸露有強(qiáng)氧化性的ni4+會(huì)催化電解液的氧化分解，且常規(guī)的電解液在高電位、高溫條件下，會(huì)導(dǎo)致lipf6分解產(chǎn)生pf5，pf5與電解液體系中的微量水發(fā)生反應(yīng)生成hf，會(huì)加速lnmo結(jié)構(gòu)中mn2+溶解，不僅造成正極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，且溶解的mn2+在負(fù)極被還原，還會(huì)導(dǎo)致在電解液循環(huán)過(guò)程中容量衰減。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種電解液及應(yīng)用其的鋰電池，采用該電解液能夠改善電池的產(chǎn)氣情況，提升鋰電池的循環(huán)容量保持率和高溫儲(chǔ)存性能。
2、根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供一種電解液，電解液包括功能添加劑a，功能添加劑a的分子結(jié)構(gòu)滿足式ⅰ：式ⅰ
3、本方案通過(guò)向電解液中引入分子結(jié)構(gòu)滿足上述要求的功能添加劑a，能夠提升應(yīng)用該電解液的電池的循環(huán)容量保持率和高溫儲(chǔ)存性能，還能減少電解液中酸性物質(zhì)，提升電解液的使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，減少界面非預(yù)期反應(yīng)。該功能添加劑a的分子結(jié)構(gòu)不僅需要滿足式ⅰ，且其分子結(jié)構(gòu)包括烯基、烯氧基、炔基或炔氧基這類不飽和官能團(tuán)，也就是說(shuō)，該功能添加劑a同時(shí)包括氰基、不飽和官能團(tuán)和吡啶結(jié)構(gòu)。在前述多種官能團(tuán)的影響下，該功能添加劑a具有較高的占據(jù)分子軌道(homo)能級(jí)和較低的占據(jù)分子軌道(lumo)，因此該功能添加劑a可以優(yōu)先在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成致密性佳、成膜均勻的界面膜，從而改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性和高溫儲(chǔ)存性能。
4、一方面，通過(guò)向電解液引入含有不飽和官能團(tuán)的功能添加劑a有利于提升cei膜和sei膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)正極溶出過(guò)渡金屬離子(tms金屬離子)的有效抑制，不僅提升了正極在循環(huán)過(guò)程中的循環(huán)穩(wěn)定性，由此還能降低電解液中tms金屬離子的濃度，從而防止負(fù)極出現(xiàn)大量tms金屬沉積，由此達(dá)到同時(shí)提升正極和負(fù)極在電池循環(huán)過(guò)程中的穩(wěn)定性，提升該電池的循環(huán)容量保持率的目的。尤其是當(dāng)電池處于高溫環(huán)境時(shí)，正極材料中的過(guò)渡金屬元素在高溫條件下更容易以tms離子的形式溶解到電解液中，而本申請(qǐng)通過(guò)向電解液中引入功能添加劑a，提升了界面膜的致密性，大幅改善了過(guò)渡金屬元素在高溫條件下的溶解情況，提高了電池的高溫儲(chǔ)存性能和高溫循環(huán)穩(wěn)定性。另一方面，受到功能添加劑a中氰基和吡啶結(jié)構(gòu)的孤對(duì)電子的影響，功能添加劑a能夠與如pf5、hf及co2等的酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，不僅降低了電解液的酸性，提高了電池的穩(wěn)定性，還減少了電池產(chǎn)氣量，有助于維持電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，降低因內(nèi)部過(guò)壓導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。特別是當(dāng)電池處于高溫環(huán)境下，利用功能添加劑a減少酸性物質(zhì)的生成，能夠有效減少電解液的非預(yù)期反應(yīng)和預(yù)防電極材料被腐蝕。
5、優(yōu)選地，r1為烯氧基。相較于其他不飽和官能團(tuán)(烯基、炔基、炔氧基)，在式ⅰ的基礎(chǔ)上滿足r1為烯氧基的功能添加劑a不僅具備良好的反應(yīng)活性，能夠參與到電極成膜過(guò)程，調(diào)控界面膜的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分，從而改善電池的循環(huán)性能，而且功能添加劑a具有更佳的穩(wěn)定性，能夠維持自身分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在加工過(guò)程不易發(fā)生非預(yù)期反應(yīng)。同時(shí)，相較于在r2、r3、r4為烯氧基的功能添加劑a而言，處于r1位的烯氧基為其相鄰位置的吡啶上的n原子、氰基提供了特殊的化學(xué)環(huán)境，因此r1為烯氧基的功能添加劑a的反應(yīng)活性更高，更有利于提升電池的電化學(xué)性能。
6、優(yōu)選地，功能添加劑a包括2-乙烯氧基-4-甲氧基甲基-3-氰基-6-甲基吡啶。當(dāng)選用2-乙烯氧基-4-甲氧基甲基-3-氰基-6-甲基吡啶作為功能添加劑a時(shí)，r1為乙烯氧基、r2為甲氧基甲基、r3為氫、r4為甲基，由此制得的電解液可以有效改善應(yīng)用該電解液的電池的循環(huán)容量穩(wěn)定性、高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性和產(chǎn)氣情況。
7、優(yōu)選地，以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，功能添加劑a的含量為0.3～1％。在上述含量范圍內(nèi)的功能添加劑a，能夠在不限制電解液中其他成分的發(fā)揮作用的情況下，提升界面膜的致密性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效降低界面阻抗，提升電池循環(huán)性能，延緩電池老化，延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。
8、優(yōu)選地，還包括含硫添加劑，含硫添加劑包括1,3-丙磺酸內(nèi)酯(ps)、亞硫酸亞酯(es)、甲烷二磺酸亞甲酯(mmds)、硫酸亞乙酯(dtd)中的至少一種；以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，含硫添加劑的含量為0.5～2％。進(jìn)一步地，向電解液中引入含硫添加劑，既能促進(jìn)電解液在負(fù)極表面形成致密柔韌、低阻抗的sei膜，且有利于改善電池產(chǎn)氣情況，改善鋰電池的循環(huán)性能。
9、優(yōu)選地，還包括碳酸酯類添加劑，碳酸酯類添加劑包括碳酸亞乙烯酯(vc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)中的至少一種；以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，碳酸酯類添加劑的含量為0.2～1％。通過(guò)向含有功能添加劑a的電解液中引入上述碳酸酯類添加劑，有利于改善正極和負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。
10、優(yōu)選地，電解液包括含硫添加劑和碳酸酯類添加劑，含硫添加劑包括甲烷二磺酸亞甲酯(mmds)和硫酸亞乙酯(dtd)，碳酸酯類添加劑包括氟代碳酸乙烯酯(fec)。將功能添加劑a與符合上述種類要求的含硫添加劑和碳酸酯類添加劑進(jìn)行組合搭配，可以使電池形成的cei膜和sei膜具有良好的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度，有效提升電池的循環(huán)性能。
11、優(yōu)選地，還包括鋰鹽添加劑，鋰鹽添加劑包括四氟硼酸鋰(libf4)、二氟磷酸鋰(lipo2f2)、雙草酸硼酸鋰(libob)、二氟雙草酸硼酸鋰(liodfb)中的至少一種；以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，鋰鹽添加劑的含量為0.5％～1％。向電解液引入符合上述添加量的鋰鹽添加劑，有利于鋰鹽添加劑在正負(fù)極表面參與成膜，既提升界面膜的穩(wěn)定性，由此提高電池的容量保持率和循環(huán)性能，又能提升電解液的整體性能和電解液在電池中分布均勻性，以確保電池具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命。
12、優(yōu)選地，還包括有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少兩種。
13、優(yōu)選地，有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯。
14、優(yōu)選地，當(dāng)有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯，按照體積分?jǐn)?shù)計(jì)算，碳酸乙烯酯、碳酸本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種電解液，其特征在于，所述電解液包括功能添加劑A，所述功能添加劑A的分子結(jié)構(gòu)滿足式Ⅰ：
2.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，所述R1為烯氧基。
3.如權(quán)利要求2所述電解液，其特征在于，所述功能添加劑A包括2-乙烯氧基-4-甲氧基甲基-3-氰基-6-甲基吡啶。
4.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述功能添加劑A的含量為0.3～1％。
5.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，還包括含硫添加劑，所述含硫添加劑包括1,3-丙磺酸內(nèi)酯、亞硫酸亞酯、甲烷二磺酸亞甲酯、硫酸亞乙酯中的至少一種；以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，含硫添加劑的含量為0.5～2％。
6.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，還包括碳酸酯類添加劑，所述碳酸酯類添加劑包括碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的至少一種；以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，碳酸酯類添加劑的含量為0.2～1％。
7.如權(quán)利要求5～6任一項(xiàng)所述電解液，其特征在于：
8.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，還包括鋰鹽添加劑，所述鋰鹽添加劑包括四氟硼酸鋰、二氟磷
9.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，還包括有機(jī)溶劑，所述有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少兩種。
10.一種鋰電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極和置于所述正極與所述負(fù)極之間的隔膜，還包括如權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述電解液，所述正極的活性材料含有過(guò)渡金屬元素。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種電解液，其特征在于，所述電解液包括功能添加劑a，所述功能添加劑a的分子結(jié)構(gòu)滿足式ⅰ：
2.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，所述r1為烯氧基。
3.如權(quán)利要求2所述電解液，其特征在于，所述功能添加劑a包括2-乙烯氧基-4-甲氧基甲基-3-氰基-6-甲基吡啶。
4.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述功能添加劑a的含量為0.3～1％。
5.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，還包括含硫添加劑，所述含硫添加劑包括1,3-丙磺酸內(nèi)酯、亞硫酸亞酯、甲烷二磺酸亞甲酯、硫酸亞乙酯中的至少一種；以電解液總質(zhì)量為基準(zhǔn)，含硫添加劑的含量為0.5～2％。
6.如權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，還包括碳酸酯類添加劑，所述碳酸酯...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尚慧敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：惠州億緯鋰能股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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