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一种非水电解液和锂离子电池

阅读：1001发布：2021-02-28

IPRDB可以提供一种非水电解液和锂离子电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种非水电解液，包括锂盐、非水溶剂和抗氧剂，所述抗氧剂具有式1或式2所示结构，其中，R1、R2各自独立地为H或碳原子数为1-5的烷基，R3为碳原子数为1-5的烷基。本发明还提供了一种采用该非水电解液的锂离子电池。采用该非水电解液的锂离子电池同时具有良好的高温储存性能和循环性能。，下面是一种非水电解液和锂离子电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种非水电解液，包括锂盐、非水溶剂和抗氧剂，其特征在于，所述抗氧剂具有式1或式2所示结构：式1

式2

其中，R1、R2各自独立地为H或碳原子数为1-5的烷基，R3为碳原子数为1-5的烷基。

2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，R1为叔丁基-C(CH3)3，R2为甲基-CH3，R3为亚甲基-CH2-。

3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，以100重量份的非水电解液为基准，抗氧剂的含量为0.1-5重量份。

4.根据权利要求3所述的非水电解液，其特征在于，以100重量份的非水电解液为基准，抗氧剂的含量为2-3重量份。

5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液中，锂盐的浓度为

0.5-1.5mol/L。

6.根据权利要求1或5所述的非水电解液，其特征在于，锂盐选自LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiBOB。

7.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水溶剂选自羧酸酯类溶剂、碳酸酯类溶剂、硫酸酯类溶剂、腈类溶剂、酮类溶剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于，所述非水溶剂选自于EC、PC、EMC、DEC、DMC、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙腈、戊腈、丁二腈、戊二腈等的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液中还含有添加剂，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代乙烯碳酸酯、丙烷磺酸内酯、乙酸乙烯酯、戊二腈中的一种或多种。

10.一种锂离子电池，包括壳体和容纳于壳体内的电芯、非水电解液，电芯包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜，其特征在于，所述非水电解液为权利要求1-9任一项所述的非水电解液。

说明书全文

一种非水电解液和锂离子电池

技术领域

[0001] 本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。

背景技术

[0002] 锂离子电池以其高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害以及体积小等优点从众多的电池种类中脱颖而出，广泛应用于手机、随时听、PDA、Notebook等众多电子产品中。

[0003] 现有技术中公开一种含抗氧剂的电解液，该抗氧剂具有式3所示结构，该抗氧剂中含有一个苯环，苯环上连有一个羟基，为单酚类抗氧剂。该抗氧剂可以减小电池在高温环境下膨胀太大的问题，但其加入量不宜过多，否则会使电池其他性能如容量、循环等发生劣化，目前其添加量一般为0.01-5000ppm。

[0004] 现有技术还公开一种含抗氧剂的电解液，该抗氧剂具有式4或式5所示结构，该抗氧剂含有一个苯环，苯环上连有两个羟基，为二酚类抗氧剂。该抗氧剂的添加量一般在0.01-2%，这是因为其添加量较多时会引起电池其它性能劣化，所以还需要同时加入其它添加剂来改善。

式3

式4

式5 。

[0005] 但电解液中抗氧剂的添加量过少，其对电池高温膨胀的改善又太弱。因此寻求一种合适的抗氧剂在保证不降低电池的其它性能的前提下同时对高温膨胀起到较大改善，已成为当务之急。

发明内容

[0006] 本发明解决了现有技术中存在的非水电解液中抗氧剂的对电池高温膨胀改善较弱、同时还会劣化电池其它性能的技术问题。

[0007] 本发明提供了一种非水电解液，包括锂盐、非水溶剂和抗氧剂，所述抗氧剂具有式1或式2所示结构：

式1

式2
其中，R1、R2各自独立地为H或碳原子数为1-5的烷基，R3为碳原子数为1-5的烷基。

[0008] 本发明还提供了一种锂离子电池，包括壳体和容纳于壳体内的电芯、非水电解液，电芯包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜，其中，所述非水电解液为本发明提供的非水电解液。

[0009] 本发明的非水电解液中，所述抗氧剂为式1或式2所示结构，其含有两个吸电子基团（即苯环），整体呈对称结构，因此可通过两个呈对称结构的苯环相互影响、互相吸引或抵消，形成更有序的电子云。本发明提供的非水电解液不但有能够在电极表面形成被膜而有利于抑制高温储存胀气的优点，而且对电池循环性能影响很小；添加量可以比较多，且不必要添加其它辅助添加剂。采用该非水电解液的锂离子电池，具有良好的高温储存性能和循环性能。

具体实施方式

[0010] 本发明提供了一种非水电解液，包括锂盐、非水溶剂和抗氧剂，所述抗氧剂具有式1或式2所示结构：

式1

式2
其中，R1、R2各自独立地为H或碳原子数为1-5的烷基，R3为碳原子数为1-5的烷基。

[0011] 现有技术中，采用单酚类抗氧剂，其加入会使电池的循环性能会变差，严重影响电池的使用寿命。本发明的发明人通过分析发现，由于单酚类抗氧剂的结构上只有一个苯环作为吸电子基团，极性很强；虽然该抗氧剂能够在电极表面形成被膜而有利于抑制高温储存胀气，但同时很大程度上增加了电池内阻，消耗电极活性，牺牲了电池寿命；导致，该单酚类抗氧剂在电解液中的添加量非常少，而其对高温储存改善作用则相应地不是特别明显；或者再加入一些能够有效抑制单酚类抗氧剂劣势的其它辅助添加剂，但是这样又会增加电解液成本，且配制复杂度增加。

[0012] 因此，本发明中，通过对抗氧剂的作用机理进行具体分析，从而对抗氧剂的分子进行改进，发现：采用本发明提供的具有式1或式2所示结构的抗氧剂，其结构中含有两个吸电子基团（即苯环），且整体呈对称结构，通过两个呈对称结构的苯环相互影响、互相吸引或抵消，形成更有序的电子云，从而不会增加电池内阻。因此，本发明提供的非水电解液不但有能够在电极表面形成被膜而有利于抑制高温储存胀气的优点，而且对电池循环性能影响很小。同时，由于本发明采用的抗氧剂不会对电池内阻产生较大影响，即不会降低电池循环性能，因此其添加量可以比较多，从而进一步提高电池的高温储存安全性，且不必要添加其它辅助添加剂。采用该非水电解液的锂离子电池，具有良好的高温储存性能和循环性能。

[0013] 优选情况下，R1为叔丁基-C(CH3)3，R2为甲基-CH3，R3为亚甲基-CH2-。对应地，所述抗氧剂可以为式6或式7所示的化合物，但不局限于此。
式6

式7 。

[0014] 更优选情况下，所述抗氧剂选用式6所示的化合物，即2,2’-亚甲基双-(4-甲基-6叔丁基苯酚)，简称抗氧剂2246。

[0015] 本发明的非水电解液中，采用的抗氧剂的用量可在本领域抗氧剂的常用范围内；同时，由于本发明所采用的抗氧剂不会降低电池的循环性能，因此其含量可以更高，但不能过高，否则会降低电解液中锂盐含量，导致电池容量降低。优选情况下，以100重量份的非水电解液为基准，抗氧剂的含量为0.1-5重量份。更优选情况下，以100重量份的非水电解液为基准，抗氧剂的含量为2-3重量份。在此更优选范围内，能保证采用该非水电解液的锂离子电池具有良好的高温储存性能和循环性能，同时保证电池容量。

[0016] 优选情况下，本发明的非水电解液中，锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L。所述锂盐为本领域技术人员常用的各种锂盐，例如可以选自高氯酸锂（LiClO4）、六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、双乙二酸硼酸锂（LiBOB ）中的任意一种或多种。优选情况下，本发明采用LiPF6作为主要锂盐，其浓度为0.5-1.5mol/L，更优选为0.8-1.3 mol/L。

[0017] 本发明中，所述非水溶剂采用本领域技术人员常用的各种非水溶剂即可，例如可选自羧酸酯类溶剂、碳酸酯类溶剂、硫酸酯类溶剂、腈类溶剂、酮类溶剂中的至少一种。优选情况下，所述非水溶剂选自于乙烯碳酸酯（EC）、丙烯碳酸酯（PC）、乙基甲基碳酸酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）、二甲基碳酸酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙腈、戊腈、丁二腈、戊二腈等的一种或多种，但不局限于此。

[0018] 作为本发明的一种优选实施方式，本发明提供的非水电解液中也可加入其它添加剂，以赋予电池的其它性能。其例如，所述添加剂可选自碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代乙烯碳酸酯（FEC）、丙烷磺酸内酯（PS）、乙酸乙烯酯（VA）、戊二腈（GLN）中的一种或多种。

[0019] 本发明提供的非水电解液的制备方法，为本领域技术人员的常用方法，即将各组分（包括锂盐、非水溶剂和抗氧剂、含或不含其它添加剂）混合均匀即可，本发明没有特殊限定。

[0020] 本发明还提供了一种锂离子电池，包括壳体和容纳于壳体内的电芯、非水电解液，电芯包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜，其中，所述非水电解液为本发明提供的非水电解液。

[0021] 由于负极片、正极片、隔膜的制备工艺为本领域所公知的技术，且电池的组装也为本领域所公知的技术，在此就不再赘述。

[0022] 以下结合实施例对本发明的非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池作进一步说明。实施例及对比例中所采用皆通过商购得到。

[0023] 实施例1（1）非水电解液的制备：
将EC、DEC、EMC按质量比40:50:10的比例混合作为非水溶剂，添加0.9mol/L六氟磷酸锂作为锂盐，添加占电解液总质量1%的抗氧剂2246（式6所示化合物），再添加占电解液总质量1.5%的添加剂VC，得到本实施例的非水电解液S1。

[0024] （2）锂离子电池的制备：以锂镍钴铝氧和钴酸锂按质量比40:60的比例混合作为正极活性材料，以天然石墨和人造石墨按质量比85:15的比例作为负极活性材料，以PP/PE/PP三层隔膜为离子交换膜，采用本实施例的非水电解液S1，并按业内通行方法做成型号为SL454261的软包装电池，记为S10。

[0025] 实施例2采用与实施例1相同的步骤制备非水电解液S2和电池S20，不同之处在于：
步骤（1）中，抗氧剂2246的用量占电解液总质量的2.5%。

[0026] 实施例3采用与实施例1相同的步骤制备非水电解液S3和电池S30，不同之处在于：
步骤（1）中，抗氧剂2246的用量占电解液总质量的5%。

[0027] 实施例4采用与实施例1相同的步骤制备非水电解液S4和电池S40，不同之处在于：
步骤（1）中，采用式7所示的化合物作为本实施例的抗氧剂，替代实施例1中的抗氧剂
2246。

[0028] 实施例5采用与实施例1相同的步骤制备非水电解液S5和电池S50，不同之处在于：
步骤（1）中，电解液中不加入添加剂VC。

[0029] 对比例1采用与实施例1相同的步骤制备非水电解液DS1和电池DS10，不同之处在于：
步骤（1）中，采用抗氧剂BHT（即2，6-二叔丁基对甲酚）作为本对比例的抗氧剂，替代实施例1中的抗氧剂2246。

[0030] 对比例2采用与对比例1相同的步骤制备非水电解液DS2和电池DS20，不同之处在于：
步骤（1）中，抗氧剂BHT的用量占电解液总质量的2%。

[0031] 对比例3采用与实施例1相同的步骤制备非水电解液DS3和电池DS30，不同之处在于：
步骤（1）中，采用抗氧剂TBHQ（叔丁基对苯二酚）作为本对比例的抗氧剂，替代实施例
1中的抗氧剂2246。

[0032] 性能测试：（1）电池高温储存测试
将各电池样品S10-S50和DS10-DS30在常温下以恒流恒压的方式充电到4.2V，电流设置为1C，充电截止电流0.05C；测试电池厚度，然后放入85℃的高温烤箱中储存5小时后取出，常温下搁置2小时后再次测试电池厚度，记录高温储存前后电池的厚度变化，测试结果

标题	发布/更新时间	阅读量
非水溶剂二次电池-专利编号CN101290985A	2020-05-12	415
非水溶剂、使用了该非水溶剂的非水电解液以及非水系二次电池-专利编号CN102084534A	2020-05-13	228
非水溶剂类蓄电设备-专利编号CN104521042A	2020-05-12	236
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非水溶剂无氰镀金液-专利编号CN1542167A	2020-05-11	719
蓄电装置用非水溶剂-专利编号CN102771001A	2020-05-11	656
非水溶剂无氰镀金液-专利编号CN1247822C	2020-05-11	548
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非水溶剂、非水电解质及蓄电装置-专利编号CN103178299B	2020-05-13	483
非水溶剂系二次电池-专利编号CN1595711A	2020-05-11	332

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