新型锂盐电解液及锂离子电池

摘要

本发明具体是涉及一种新型锂盐电解液及锂离子电池，电解液包括新型锂盐、锂盐、添加剂和非水有机溶，新型锂盐的结构通式为：

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，特别是涉及一种新型锂盐电解液及锂离子电池。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，能源问题也愈发凸显，人们对化石燃料的依赖也愈发严重，随之而来的是大量的二氧化碳排放，引发了导致温室效应导致了全球变暖问题。因此，全球都在积极探索新能源替代传统化石能源，比如风能、水能、太阳能以及核能等。但是又遇到一系列新的问题，比如这些新能源往往稳定性较差，还有面临的用电高峰等问题，这就催生了一个新的行业-储能。

中国储能行业中很重要的一环是锂离子电池制造业。锂离子电池是将化学能转换为电能的储能器件，其具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、无记忆效应等突出优点。锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液等组成，其中电解液是锂离子电池技术中的较为关键的部分。锂离子电池电解液通常由锂盐、有机溶剂、添加剂组成，而这也使得锂离子电池电解液具有易燃性质，且其中的锂盐往往不能耐受较高温度。商用的锂盐通常是六氟磷酸锂，其在高温下会分解，使电池性能劣化；而且电极上形成的固体电解质膜会在高温条件下分解，进而放出大量的热量，使电池发生热失控。

一般的做法通常为使用耐高温的锂盐，比如双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂等，但以这些锂盐为基础的电解液有的会腐蚀铝箔，有的电导率较低不能使电池性能充分发挥，还有些锂盐和常规电池材料体系的匹配性较差，而且这些锂盐制备困难，价格普遍较高。还有一种方法就是使用电解液添加剂，在电极表面形成致密固体电解质膜，这些固体电解质膜稳定性较好，具有较好的高温稳定性，但是添加剂的使用会提升电池的制造成本，而且引入添加剂会使电解液的离子电导率降低，极大增加了电池的内阻，降低电池的循环性能，而且传统添加剂种类繁多，要耗费大量精力探索电解液配方。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种成本较低、充分发挥电池性能且能降低电池内阻的新型锂盐电解液及锂离子电池。

为了实现上述目的，在本发明的第一个方面，提供一种新型锂盐电解液，其特征在于，所述电解液包括新型锂盐、锂盐、添加剂和非水有机溶剂，所述新型锂盐的结构通式为：

其中，R为直链烷基-C

进一步的，所述新型锂盐占所述电解液重量的百分比为0.01％～20％。

进一步的，所述直链烷基-C

进一步的，所述锂盐占所述电解液重量的百分比为2％～20％。

进一步的，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三氟甲磺酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、(氟磺酰)三氟甲基磺酰亚胺锂、四氯铝酸锂、六氟砷酸锂中的一种或者多种的组合。

进一步的，所述非水有机溶剂占所述电解液重量的百分比为70％～90％。

进一步的，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、γ-丁内酯、二氧五环、四氢呋喃、二甲基三氟乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或者多种的组合。

进一步的，所述添加剂占所述电解液重量的0.1％～10％。

进一步的，所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1,4-丁烷磺酸内酯、硫酸丙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸丁烯酯、二氟磷酸锂中的一种或者多种的组合。

在本发明的第二方面，提供了一种锂离子电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述隔膜设置在所述正极片和所述负极片之间；所述电解液为本发明第一方面所述的新型锂盐电解液。

上述新型锂盐电解液及锂离子电池，电解液由新型锂盐、锂盐、添加剂和非水有机溶剂组成，新型锂盐的结构通式为：

该新型锂盐电解液在直链烷基-C

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面根据本发明的新型锂盐电解液及锂离子电池，结合实施例、对比例、测试过程以及测试结果进行说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，说明本发明第一方面的新型锂盐电解液。

一种新型锂盐电解液，由新型锂盐、锂盐、添加剂和非水有机溶剂组成，新型锂盐的结构通式为：

其中，R为直链烷基-C

本发明第一方面的新型锂盐电解液中，新型锂盐的重量占电解液总重量的百分比为0.01％～20％。锂盐的重量占电解液总重量的百分比为2％～20％。非水有机溶剂的重量占电解液总重量的百分比为70％～90％。添加剂的重量占电解液总重量的百分比为0.1％～10％。

本发明第一方面的新型锂盐电解液中，锂盐可选自六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三氟甲磺酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、(氟磺酰)三氟甲基磺酰亚胺锂、四氯铝酸锂、六氟砷酸锂中的至少一种。

本发明第一方面的新型锂盐电解液中，非水有机溶剂可选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、γ-丁内酯、二氧五环、四氢呋喃、二甲基三氟乙酰胺、二甲基亚砜中的至少一种。

本发明第一方面的新型锂盐电解液中，添加剂可选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1,4-丁烷磺酸内酯、硫酸丙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸丁烯酯、二氟磷酸锂中的至少一种。

其次，说明本发明第二方面的锂离子电池。

一种锂离子电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜，隔膜设置于正极片和负极片之间，电解液采用本发明第一方面的新型锂盐电解液。

在本发明第二方面的锂离子电池中，正极片的正极材料包括镍钴锰酸锂(LiNi

在本发明第二方面的锂离子电池中，负极片的负极材料包括石墨、导电剂SuperP、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、去离子水和铜箔。

接下来说明本发明的新型锂盐电解液及锂离子电池的实施例和对比例。

第一步：电解液的制备

以下实施例和对比例所用到的新型锂盐结构式如下：

式1：(1-五氟乙基基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂

式2：(1-(三氟甲基磺酰基)(二氟)甲基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂

式3：(1-(磺酸锂基)甲基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂

式4：(1-(异氰酸酯基)(三氟甲基)甲基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂

实施例1：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.1mol/L的(1-五氟乙基基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.9mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的磷酸亚乙烯酯和质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯，溶解搅拌均匀。

实施例2：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.3mol/L的(1-五氟乙基基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.7mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的磷酸亚乙烯酯和质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯，溶解搅拌均匀。

实施例3：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.5mol/L的(1-五氟乙基基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.5mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的磷酸亚乙烯酯和质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯，溶解搅拌均匀。

实施例4：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.7mol/L的(1-五氟乙基基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.3mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的磷酸亚乙烯酯和质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯，溶解搅拌均匀。

实施例5：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.9mol/L的(1-五氟乙基基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.1mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的磷酸亚乙烯酯和质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯，溶解搅拌均匀。

实施例6：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.5mol/L的(1-五氟乙基基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.5mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，溶解搅拌均匀。

实施例7：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.5mol/L的(1-(三氟甲基磺酰基)(二氟)甲基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.5mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，溶解搅拌均匀。

实施例8：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.5mol/L的(1-(磺酸锂基)甲基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.5mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，溶解搅拌均匀。

实施例9：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入浓度为0.5mol/L的(1-(异氰酸酯基)(三氟甲基)甲基-3,4-二羟基马来酰亚胺)草酸硼酸酯锂和浓度为0.5mol/L六氟磷酸锂至锂盐总浓度为1mol/L，溶解搅拌均匀。

对比例1：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入六氟磷酸锂(锂盐)至锂盐浓度为1mol/L，溶解搅拌均匀。

对比例2：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入六氟磷酸锂(锂盐)至锂盐浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的碳酸亚乙烯酯和质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯，溶解搅拌均匀。

对比例3：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入六氟磷酸锂(锂盐)至锂盐浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的碳酸亚乙烯酯、质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯和质量分数为2％的1,3-丙烷磺酸内酯，溶解搅拌均匀。

对比例4：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入六氟磷酸锂(锂盐)至锂盐浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的碳酸亚乙烯酯、质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯和质量分数为2％的硫酸乙烯酯。

对比例5：

将碳酸乙烯酯(EC，溶剂)、碳酸二甲酯(DMC，溶剂)、碳酸甲乙酯(EMC，溶剂)按照质量比EC:DMC:EMC＝2:3:5混合均匀，加入六氟磷酸锂(锂盐)至锂盐浓度为1mol/L，加入质量分数为2％的碳酸亚乙烯酯、质量分数为1％的氟代碳酸乙烯酯和质量分数为2％的亚硫酸乙烯酯。

第二步：锂电池的制备

(1)正极片的制备：

将正极材料镍钴锰酸锂(LiNi

(2)负极片的制备

将石墨、导电剂Super P、羧甲基纤维素、丁苯橡胶按照质量比94:3:2:1均匀分散在去离子水中，制成负极浆料。将分散好的负极浆料涂敷在厚度为10μm的铜箔上，置于80℃鼓风烘箱中烘干，辊压、模切后制成负极片。

(3)锂电池的制备

将正极片、负极片、隔膜(正极片、负极片、隔膜和电解液)按照叠片工艺制成极芯，将极芯装入铝塑膜中，经历顶侧封、烘烤、注液、化成等工序制成软包电池。

最后，给出锂电池的性能测试以及测试结果。

测试一、常温性能测试：

将实施例1-9和对比例1-5的锂离子电池分别在25℃下，以1C恒流充电至电压4.3V，再以4.3V恒压充电至电流为0.05C，然后以1C恒流放电至电压为3V，记录初始放电比容量。之后再进行高温性能测试，测试步骤如下：

(1)电池按充电标准方式进行充电并测试内阻。

(2)在55℃下储存7天。

(3)室温下，搁置5h并测试内阻，电池以1C电流放电至终止电压3V。

(4)电池按充电标准方式进行充电。

(5)室温下，电池以1C电流放电至终止电压3V时停止试验。

其中，荷电保持容量百分比＝实际放电比容量/储存前常温1C充电比容量×100％，容量恢复率＝实际放比电容量/储存前常温1C充电比容量×100％。

测试二、高温循环性能测试：

将实施例和对比例的锂离子电池分别在55℃下，以1C恒流充电至电压4.3V，再以4.3V恒压充电至电流为0.05C，然后以1C恒流放电至电压为3V，循环500周。

上述实施例1-9和对比例1-5制备的锂离子电池各项性能的测试结果见表2。

表2

上述新型锂盐电解液及锂离子电池，电解液由新型锂盐、锂盐、添加剂和非水有机溶剂组成，其中新型锂盐的结构通式为：

该新型锂盐电解液在直链烷基-C

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。