電解液及鋰離子電池的製作方法

2023-08-02 02:44:26 1

本發明涉及鋰電池領域，尤其涉及一種電解液及鋰離子電池。
背景技術：
：在飛速發展的資訊時代中，對手機、筆記本、相機等電子產品的需求逐年增加。鋰離子電池作為電子產品的工作電源，具有能量密度高、無記憶效應、工作電壓高等特點，正逐步取代傳統的ni-cd、mh-ni電池。然而隨著無人機市場需求的擴大及動力、儲能設備的發展，人們對鋰離子電池的要求不斷提高，開發具有高能量密度和滿足快速充放電的鋰離子電池成為當務之急。目前，有效的方法是提高電極材料的電壓、壓實密度和選擇合適的電解液。目前，鋰離子電池廣泛應用的電解液包括以六氟磷酸鋰為導電鋰鹽和以環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯的混合物有機溶劑，然而上述電解液仍存在諸多的不足，特別是在高電壓下，鋰離子電池的性能較差，例如高溫循環性能差以及倍率性能差。技術實現要素：鑑於
背景技術：
中存在的問題，本發明的目的在於提供一種電解液及鋰離子電池，所述電解液應用到鋰離子電池中後，能夠提高鋰離子電池的倍率性能和循環性能。為了達到上述目的，在本發明的一方面，本發明提供了一種電解液，其包括鋰鹽、有機溶劑以及添加劑。所述添加劑包括氟碳表面活性劑以及矽烷基硫酸酯類化合物。在本發明的另一方面，本發明提供了一種鋰離子電池，其包括根據本發明一方面所述的電解液。相對於現有技術，本發明的有益效果為：在本發明的電解液中，氟碳表面活性劑可以降低電解液的表面張力，改善浸潤性能。矽烷基硫酸酯類化合物具有較高的還原電位，優先在負極成膜，抑制有機溶劑的還原，而它與氟碳表面活性劑的結合可以降低負極上的阻抗從而改善動力學性能和循環性能。具體實施方式下面詳細說明根據本發明的電解液及鋰離子電池。首先說明根據本發明第一方面的電解液。根據本發明第一方面的電解液包括鋰鹽、有機溶劑以及添加劑。所述添加劑包括氟碳表面活性劑以及矽烷基硫酸酯類化合物。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述氟碳表面活性劑選自下述式1所示的化合物中的一種或幾種；其中，x為1～30內的整數，y為1～30內的整數。c2f5(cf2cf2)xch2ch2o(ch2ch2o)yh式1在根據本發明第一方面所述的電解液中，優選地，x為2～20內的整數。在根據本發明第一方面所述的電解液中，優選地，y為2～20內的整數。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述矽烷基硫酸酯類化合物選自下述式2所示的化合物中的一種或幾種；其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6各自獨立地選自碳原子數為1～5的烷烴基、碳原子數為2～5的不飽和烴基、碳原子數為1～5的烷氧基中的一種，烷烴基、不飽和烴基、烷氧基的h可部分或全部被f、cl、br、氰基、羧基、磺酸基中的一種或幾種取代。所述不飽和烴基可包括烯烴基、炔烴基。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述矽烷基硫酸酯類化合物選自雙(三甲基矽基)硫酸酯、雙(三乙基矽基)硫酸酯、雙(三正丙基矽基)硫酸酯、雙(三異丙基矽基)硫酸酯、雙(三正丁基矽基)硫酸酯、雙(三異丁基矽基)硫酸酯、雙(三叔丁基矽基)硫酸酯、雙(三甲氧基矽基)硫酸酯、雙(三乙氧基矽基) 硫酸酯、雙(三正丙氧基矽基)硫酸酯、雙(三異丙氧基矽基)硫酸酯、雙(三正丁氧基矽基)硫酸酯、雙(三仲丁氧基矽基)硫酸酯、雙(三叔丁氧基矽基)硫酸酯、雙(三氟甲基矽基)硫酸酯、三甲基矽基三乙基矽基硫酸酯、雙(三乙烯基矽基)硫酸酯、雙(三乙炔基矽基)硫酸酯中的一種或幾種。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述氟碳表面活性劑的含量為所述電解液的總重量的0.01％～1％。優選地，所述氟碳表面活性劑的含量為所述電解液的總重量的0.05％～0.2％。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述矽烷基硫酸酯類化合物的含量為所述電解液的總重量的0.5％～10％。優選地，所述矽烷基硫酸酯類化合物的含量為所述電解液的總重量的1％～5％。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述鋰鹽選自lipf6、libf4、lin(so2f)2(簡寫為lifsi)、lin(cf3so2)2(簡寫為litfsi)、liclo4、liasf6、lib(c2o4)2(簡寫為libob)、libf2c2o4(簡寫為lidfob)中的一種或幾種。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述鋰鹽的含量為所述電解液的總重量的6.2％～25％。優選地，所述鋰鹽的含量為所述電解液的總重量的6.25％～18.8％。進一步優選地，所述鋰鹽的含量為所述電解液的總重量的10％～15％。在根據本發明第一方面所述的電解液中，所述有機溶劑的具體種類並沒有特別的限制，可根據實際需求進行選擇。優選地，使用非水有機溶劑。所述非水有機溶劑可包括任意種類的碳酸酯、羧酸酯。碳酸酯可包括環狀碳酸酯或者鏈狀碳酸酯。所述非水有機溶劑還可包括碳酸酯的滷代化合物。具體地，所述非水有機溶劑選自碳酸亞乙酯(ec)、碳酸亞丙酯(pc)、碳酸亞丁酯、碳酸亞戊酯、氟代碳酸亞乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁內酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、四氫呋喃中的一種或幾種。其次說明根據本發明第二方面的鋰離子電池，其包括根據本發明第一方面所述的電解液。根據本發明第二方面所述的鋰離子電池包括正極片、負極片、隔離膜以 及電解液。在根據本發明第二方面所述的鋰離子電池中，所述正極片包括正極集流體和位於所述正極集流體上的正極活性漿料層，其中，所述正極活性漿料層包括正極活性材料。其中，所述正極活性材料的具體種類均不受到具體的限制，可根據需求進行選擇。優選地，所述正極活性材料選自鈷酸鋰(licoo2)、鎳酸鋰(linio2)、橄欖石型的磷酸鐵鋰(lifepo4)、橄欖石型的limpo4、尖晶石型的limn2o4、三元正極材料linixayb(1-x-y)o2以及li1-x』(a』y』b』z』c1-y』-z』)o2中的一種或幾種。其中，m選自co、ni、fe、mn、v中的一種或幾種；a、b各自獨立地選自co、al、mn中的一種，且a和b不相同；0<x<1，0<y<1且x+y<1；0≤x』<1，0≤y』<1，0≤z』<1且y』+z』<1；a』、b』、c各自獨立地選自co、ni、fe、mn中的一種，且a』、b』、c不相同。在根據本發明第二方面所述的鋰離子電池中，所述負極片包括負極集流體和位於所述負極集流體上的負極活性漿料層。所述負極活性漿料層包括負極活性材料。其中，所述負極活性材料的具體種類均不受到具體的限制，可根據需求進行選擇。優選地，所述負極活性材料可以選自金屬鋰，所述負極活性材料也可以選自相對於li/li+平衡電位的電極電位＜2v時可以嵌入鋰的材料。具體地，所述負極活性材料選自天然石墨、人造石墨、中間相微碳球(簡稱為mcmb)、硬碳、軟碳、矽、矽-碳複合物、li-sn合金、li-sn-o合金、sn、sno、sno2、尖晶石結構的鋰化tio2-li4ti5o12、li-al合金中的一種或幾種。下面結合實施例，進一步闡述本申請。應理解，這些實施例僅用於說明本申請而不用於限制本申請的範圍。在下述實施例中，所使用到的試劑、材料以及儀器如沒有特殊的說明，均可商購獲得。為了便於說明，在下述實施例中用到的添加劑簡寫如下：a1：c2f5(cf2cf2)2ch2ch2o(ch2ch2o)2ha2：c2f5(cf2cf2)4ch2ch2o(ch2ch2o)10hb1：雙(三甲基矽基)硫酸酯b2：雙(三乙基矽基)硫酸酯b3：雙(三氟甲基矽基)硫酸酯b4：三甲基矽基三乙基矽基硫酸酯(1)正極片製備將正極活性材料鈷酸鋰(licoo2)、粘結劑聚偏氟乙烯、導電劑乙炔黑按照重量比98:1:1進行混合，加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)，在真空攪拌機作用下攪拌至體系成均一透明狀，獲得正極漿料；將正極漿料均勻塗覆於厚度為12μm的鋁箔上；將鋁箔在室溫晾乾後轉移至120℃烘箱乾燥1h，然後經過冷壓、分切得到正極片。(2)負極片製備將負極活性材料人造石墨、增稠劑羧甲基纖維素鈉(cmc)、粘結劑丁苯橡膠按照重量比98:1:1進行混合，加入去離子水，在真空攪拌機作用下獲得負極漿料；將負極漿料均勻塗覆在厚度為8μm的銅箔上；將銅箔在室溫晾乾後轉移至120℃烘箱乾燥1h，然後經過冷壓、分切得到負極片。(3)電解液製備非水有機溶劑為含有碳酸亞乙酯(ec)、碳酸亞丙酯(pc)和碳酸二乙酯(dec)的混合液，其中，ec、pc和dec的體積比為1:1:1。在含水量<10ppm的氬氣氣氛手套箱中，將充分乾燥的鋰鹽lipf6溶解於非水有機溶劑中，然後在非水有機溶劑中加入添加劑，混合均勻，獲得電解液。其中，lipf6的含量為電解液的總重量的12.5％。電解液中所用到的添加劑的具體種類以及含量如表1所示。在表1中，添加劑的含量為基於電解液的總重量計算得到的重量百分數。(4)隔離膜的製備選用16μm厚的聚丙烯隔離膜(型號為a273，由celgard公司提供)。(5)鋰離子電池的製備將正極片、隔離膜、負極片按順序疊好，使隔離膜處於正、負極片之間起到隔離的作用，然後卷繞得到裸電芯；將裸電芯置於外包裝箔中，將上述製備好的電解液注入到乾燥後的裸電芯中，經過真空封裝、靜置、化成、整形等工序，獲得鋰離子電池。表1實施例1-13以及對比例1-3的添加劑及含量註：「-」表示未加入。接下來說明鋰離子電池的性能測試。測試一、鋰離子電池的高溫循環性能測試在45℃下，將鋰離子電池以1c恆流充電至4.4v，然後恆壓充電至電流為0.05c，再用1c恆流放電至3.0v，此為首次循環，按照上述條件進行300次循環充放電，計算得出鋰離子電池循環300次後的容量保持率。鋰離子電池循環300次後的容量保持率＝(鋰離子電池循環300次後的放電容量/首次循環後的放電容量)×100％。測試二、鋰離子電池的倍率性能測試在25℃下，將鋰離子電池以1c(標稱容量)恆流充電到4.4v，再以恆壓4.4v充電至電流≤0.05c，擱置5min後，以0.2c恆流放電至截至電壓為3v，此時將實際放電容量記為d0；然後以1c恆流充電到4.4v，再以恆壓4.4v充電至電流≤0.05c，最後以5c放電至截至電壓3v，記錄此時的實際放電容量d1。鋰離子電池的倍率性能＝[(d1-d0)/d0]×100％。表2實施例1-13以及對比例1-3的性能測試結果倍率性能(％)45℃循環300次後的容量保持率(％)實施例172.3％75.3％實施例279.5％75.6％實施例381.8％75.8％實施例483.1％75.2％實施例580.0％75.0％實施例681.0％70.3％實施例780.9％80.5％實施例880.7％84.8％實施例979.7％84.9％實施例1080.8％73.8％實施例1180.8％72.1％實施例1280.8％72.8％實施例1381.1％73.3％對比例160.2％34.4％對比例282.0％34.3％對比例360.3％75.6％從表2的相關結果可以得知，僅加入氟碳表面活性劑可以改善倍率性能(對比例2)。僅加入矽烷基硫酸酯類化合物，可以改善高溫循環性能(對 比例3)。二者結合後，鋰離子電池的倍率性能和高溫循環性能均得到了很大的改善。這是由於矽烷基硫酸酯類化合物在正極上成膜，從而抑制其它有機溶劑的氧化來改善高溫循環性能，而它與氟碳表面活性劑的結合可以降低負極上的阻抗從而改善動力學性能。根據上述說明書的揭示，本申請所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本申請並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本申請的一些修改和變更也應當落入本申請的權利要求的保護範圍內。當前第1頁12