一种电池电解液及锂离子电池

摘要

本发明公开了一种电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂的质量百分比为1wt％‑10wt％，所述添加剂为五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯。锂盐浓度为0.8‑1.2M。本发明还公开了上述电池电解液的锂离子电池。本发明采用上述电池电解液及锂离子电池，能够解决现有的电解液抗氧化性能弱，易氧化分解的问题；具有更高的库伦效率和更高的电容保持率，也提高了锂离子电池的循环稳定性。

权利要求

1.一种电池电解液，其特征在于：包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂为五氟苯基硼酸，五氟苯基硼酸的质量百分比为1wt%‑10wt%；

五氟苯基硼酸的结构式为： 。

2.根据权利要求1所述的一种电池电解液，其特征在于：所述锂盐为LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求2所述的一种电池电解液，其特征在于：所述锂盐为LiPF6。

4.根据权利要求1所述的一种电池电解液，其特征在于：所述锂盐浓度为0.8‑1.2M。

5.根据权利要求1所述的一种电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物，环状碳酸酯和链状碳酸酯的体积比为3:7‑7:3；环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯的一种或几种的混合物，链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯中的一种或几种的混合物。

6.采用权利要求1‑5任一项所述的一种电池电解液制备的锂离子电池，其特征在于：包括电池正极外壳、电池负极外壳、正极材料、负极材料、隔膜和电解液。

说明书

一种电池电解液及锂离子电池

技术领域

[0001] 本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池电解液及锂离子电池。

背景技术

[0002] 锂离子电池逐渐替代铅酸电池、镍镉电池成为新一代高能量密度可充电电池。然而，当前的锂离子电池的能量密度依然不能完全满足现代化动力设备的需求。

[0003] 镍钴锰三元层状金属氧化物正极(LiNi1‑x‑yCoxMnyO2)凭借高理论比容量(>250mAh/g)以及高工作电压成为研究热点，由于商业化石墨负极材料的理论比容量(372mAh/g)远高于当前正极材料理论比容量，因此，正极材料的储锂能力是影响当前电池充放电容量的关键因素。

[0004] 提高充电截止电压理论上可以提升电池的有效容量，当前商用电解液的主要成分+为碳酸酯，其抗氧化性能弱。当电池工作电压提升至4.5V(vs Li/Li)及以上电解液会发生+
氧化分解，导致副反应加剧产生CO2、H2O等产物，进而导致电池内阻增加。并且，Li 在层状结+ 4+
构中的过度脱嵌会引起晶体结构不稳定，Li的脱出导致高氧化性Ni 增多以进行电荷补+
偿，使得电解液在电极表面发生分解，并且电解液中的H 攻击正极材料表面引起过渡金属离子溶出，导致界面非均相化学反应的发生。现有的电解液在高电压的作用下稳定下较差，无法有效的提高电池的有效容量。

[0005] 通过对电解液的设计优化维持正极材料界面稳定是解决上述问题的有效解决方法之一，作用机理包含两种：用吸电子基团取代溶剂分子，从而降低其最高占据轨道，提高电解液在高截止电压下的稳定性；另一类是自牺牲式添加剂，其形成钝化的CEI膜(正极材料电解质界面膜)可降低电解液与正极表面活性位点的接触。砜类添加剂、腈类添加剂等功能型添加剂都可以使锂离子电池电解液具备更高的电化学稳定窗口，但是砜类添加剂熔点高、粘度大；腈类添加剂离子电导率较低，与负极兼容性差；因此也不能有效的解决电解液易氧化分解的问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种电池电解液，解决现有的电解液抗氧化性能弱，易氧化分解的问题。本发明的另一个目的是提供一种含有上述电解液的锂离子电池。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂的质量百分比为1wt％‑10wt％，所述添加剂为五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯；

[0008] 五氟苯基硼酸R1的结构式为： 五氟苯乙烯R2的结构式为：

[0009] 优选的，所述锂盐为LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6中的一种或几种的混合物。

[0010] 优选的，所述锂盐为LiPF6。

[0011] 优选的，所述锂盐浓度为0.8‑1.2M。

[0012] 优选的，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物，环状碳酸酯和链状碳酸酯的体积比为3:7‑7:3；环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯的一种或几种的混合物，链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯中的一种或几种的混合物。

[0013] 采用上述电池电解液制备的锂离子电池，包括电池正极外壳、电池负极外壳、正极材料、负极材料、隔膜和电解液。

[0014] 本发明所述的一种电池电解液及锂离子电池的优点和积极效果是：

[0015] 1、五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯添加剂能够使得电解液在正极表面形成钝化的CEI膜(正极材料电解质界面膜)，这种CEI膜能够有效避免电解液与正极材料上的活性位点直接接触，减少了电解液的分解反应，并提高了电解液整体的抗氧化能力，改善电池的容量保持率、库伦效率、循环性能以及倍率性能。

[0016] 2、五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯添加剂中含有丰富的氟元素，这些氟元素参与构建+CEI，并且表面富含的C‑F键可以均匀的捕获Li实现锂离子的快速传输。

[0017] 3、五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯添加剂能够在负极表面形成一个高质量的富含LiF的SEI膜(固体电解质界面膜)，大幅度提高了SEI的结构稳定性。这种SEI可以避免电解液和金属锂负极直接接触，减少电解液的分解；同时能够抑制枝晶的生长，提高电池的整体工作性能。

[0018] 4、五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯添加剂可以大大增强电解液的抗氧化能力，大幅提升电解液的氧化电位，减少电解液的氧化分解。因此这种电解液非常适合高电压的正极材料。

[0019] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0020] 图1为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例1制备的全电池S1的4.6V循环性能图；

[0021] 图2为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例2制备的全电池S2的4.6V循环性能图；

[0022] 图3为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例3制备的全电池S3的4.6V循环性能图；

[0023] 图4为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例4制备的全电池S4的4.5V循环性能图；

[0024] 图5为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例5制备的全电池S5的4.5V循环性能图；

[0025] 图6为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例6制备的全电池S6的4.5V循环性能图；

[0026] 图7为本发明一种电池电解液及锂离子电池对比例1制备的全电池D1的4.6V循环性能图；

[0027] 图8为本发明一种电池电解液及锂离子电池对比例1制备的全电池D1的4.5V循环性能图。

具体实施方式

[0028] 一种电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂的质量百分比为1wt％‑10wt％，所述添加剂为五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯。

[0029] 五氟苯基硼酸R1的结构式为： 五氟苯乙烯R2的结构式为：

[0030] 锂盐为LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6中的一种或几种的混合物。锂盐优选为六氟磷酸锂LiPF6。

[0031] 锂盐浓度为0.8‑1.2M。

[0032] 非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物，环状碳酸酯和链状碳酸酯的体积比为3:7‑7:3；环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯的一种或几种的混合物，链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯中的一种或几种的混合物。

[0033] 采用上述电池电解液制备的锂离子电池，包括电池正极外壳、电池负极外壳、正极材料、负极材料、隔膜和电解液。

[0034] 隔膜为聚烯烃多孔膜、无纺布、纤维涂层、陶瓷涂层、无机固态电解质涂层中的一种或几种的混合物。

[0035] 以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

[0036] 实施例1

[0037] 将1M的LiPF6加入到碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的混合溶液中，碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的体积比为3:7，得到空白电解液。然后加入质量百分数为1wt％的五氟苯基硼酸R1添加剂，搅拌6小时，得到电解液。

[0038] 正极材料为NCM622正极片，负极材料为锂箔，将电池正极外壳、NCM622正极片、电解液、隔膜、锂箔和电池负极外壳自下而上组装，在压片机进行冲压封装，得到全电池S1。电解液为40μL。

[0039] 实施例2

[0040] 采用实施例1相同的方法制备空白电解液，不同之处在于，选用质量百分数为5wt％的五氟苯基硼酸R1添加剂。并采用实施例1的方法得到全电池S2。

[0041] 实施例3

[0042] 采用实施例1相同的方法制备空白电解液，不同之处在于，选用质量百分数为10wt％的五氟苯基硼酸R1添加剂。并采用实施例1的方法得到全电池S3。

[0043] 实施例4

[0044] 采用实施例1相同的方法制备空白电解液，不同之处在于，选用质量百分数为2wt％的五氟苯乙烯R2添加剂。并采用实施例1的方法得到全电池S4。

[0045] 实施例5

[0046] 采用实施例1相同的方法制备空白电解液，不同之处在于，选用质量百分数为0.5wt％的五氟苯乙烯R2添加剂。并采用实施例1的方法得到全电池S5。

[0047] 实施例6

[0048] 采用实施例1相同的方法制备空白电解液，不同之处在于，选用质量百分数为1wt％的五氟苯乙烯R2添加剂。并采用实施例1的方法得到全电池S6。

[0049] 对比例1

[0050] 采用实施例相同的方法制备空白电解液，并采用实施例1的方法得到全电池D1。

[0051] 利用Neware电池测试系统对Li||NCM622全电池的循环性能进行测试。

[0052] 图1为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例1制备的全电池S1的4.6V循环性能图，图2为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例2制备的全电池S2的4.6V循环性能图，图3为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例3制备的全电池S3的4.6V循环性能图，图7为本发明一种电池电解液及锂离子电池对比例1制备的全电池D1的4.6V循环性能图。如图所示，在4.6V电压下，D1在循环300圈以后，库伦效率为97％，比容量保持率为57.14％。在4.6V电压下，S1的库伦效率为98％，比容量相对于D1变化不大；S2和S3的库伦效‑1
率在循环了300圈以后均高达99％，比容量为160mAh·g ，比容量的保持率在90％，具有更高的库伦效率和比容量保持率。

[0053] 图4为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例4制备的全电池S4的4.5V循环性能图，图5为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例5制备的全电池S5的4.5V循环性能图，图6为本发明一种电池电解液及锂离子电池实施例6制备的全电池S6的4.5V循环性能图，图7为本发明一种电池电解液及锂离子电池对比例1制备的全电池D1的4.6V循环性能‑1图。如图所示，在4.5V电压下，D1在循环300圈后，库伦效率为98％，比容量为100mAh·g 。在‑1
4.5V电压下，S4在循环300圈后，库伦效率在98％以上，比容量为120mAh·g ，库伦效率变化不大，比容量有提高。在4.5V电压下，S5在循环300圈后，库伦效率为90％，比容量为‑1
120mAh·g ，库伦效率有所降低，比容量有提高。在4.5V电压下，S6在循环300圈后，库伦效‑1
率在98％以上，比容量为150mAh·g ，库伦效率变化不大，比容量有大幅提高。

[0054] 因此，本发明采用上述电池电解液及锂离子电池，能够解决现有的电解液抗氧化性能弱，易氧化分解的问题；具有更高的库伦效率和更高的电容保持率，也提高了锂离子电池的循环稳定性。

[0055] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。