一种锂离子电池电解液及其制备方法与流程

1.本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池电解液及其制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池因为具有工作电压高、比能量大、可快速充放电、无记忆效应等优点，而被广泛的应用在数码、储能、动力汽车等领域。但随着时代的不断发展，人们对于电池的能量密度的需求逐渐变大，但现有的锂离子电池已逐渐不能满足。而电解液作为锂离子电池的重要主材之一，其性能的优劣严重影响了电池的各项性能。因此，开发出一种能够有效延长锂离子电池循环寿命，提升电池倍率性能的电解液就显得十分迫切。
3.对于现有的锂离子电池，虽然容量较高，但循环稳定性较差。为了改善电池的循环性能，研究者在开发电解液添加剂方面开展了大量探索性的工作。但依然存在一些不完善的地。目前的电解液体系中，通常会加入各种添加剂以改善锂离子电池的电化学性能，但实际上目前的单个添加剂很难满足所需目标，需要多种添加剂同时协作才能完成。因此，开发出高效并能与其他添加剂兼容的新型电解液添加剂显得十分重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种锂离子电池电解液及其制备方法，以改善锂离子电池的循环性能和倍率性能，并有效延长锂离子电池循环寿命。
5.本发明的目的是这样实现的：一种锂离子电池电解液，它包括非水有机溶剂、锂盐化合物和第一添加剂，所述第一添加剂的分子结构为：
[0006][0007]
其中，r基团可以为链状烷基、环烷基、氨基、氰基、硝基、烯烃基、炔烃基、硅烷基、卤素、磺酸基，以及其他邻间对形式。
[0008]
所述锂离子电池电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂为三(三甲基硅烷)磷酸酯(tmsp)。
[0009]
所述第一添加剂为3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯或者3-氨基苯硼酸-1,3-丙二醇酯。
[0010]
所述第一添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-4％。
[0011]
所述第二添加剂在电解液中的质量分数为0.1-3.0％。
[0012]
所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。
[0013]
所述锂盐化合物为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂或者双氟磺酰亚胺锂。
[0014]
一种锂离子电池电解液的制备方法，它包括以下步骤：
[0015]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到混合溶剂；
[0016]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入适量的电解液添加剂，混合均匀，最终得到含锂盐的电解液，备用。
[0017]
所述步骤s2中所述的电解液添加剂为所述第一添加剂或者所述第一添加剂与所述第二添加剂的组合。
[0018]
经所述步骤s2所得到的电解液中，所述锂盐化合物含量为1.0mol/l，所述第一添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-4％；所述第二添加剂在电解液中的质量分数为0.1-3.0％。
[0019]
本发明的有益效果：本发明的一种锂离子电池电解液，加入3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯或者3-氨基苯硼酸-1,3-丙二醇酯后能够有效提高电极的界面稳定性；这是因为该化合物含有的氰基官能团或者氨基官能团具有较强的配位能力，可以与正极材料中的过渡金属元素结合，在电极表面生成稳定的界面膜，减少电极对电解液的催化分解作用；同时，其含有的硼原子表现出强吸电子性，能够与锂盐阴离子形成配合物，增大锂离子迁移数，从而提升了电池的倍率性能；此外，还加入了第二添加剂以探究该添加剂与其他电解液添加剂的兼容性；本发明的一种锂离子电池电解液及其制备方法，可改善锂离子电池的循环性能和倍率性能，并有效延长锂离子电池循环寿命。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1为一种锂离子电池电解液中第一添加剂的分子结构示意图。
[0022]
图2为一种锂离子电池电解液制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0024]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]
下面将结合本发明中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚-完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
[0026]
实施例1
[0027]
本实施例的锂离子电池电解液一种锂离子电池电解液，它包括非水有机溶剂、锂盐化合物和第一添加剂，所述第一添加剂的分子结构为：
[0028][0029]
其中，r基团可以为链状烷基、环烷基、氨基、氰基、硝基、烯烃基、炔烃基、硅烷基、卤素、磺酸基，以及其他邻间对形式。
[0030]
进一步地，所述锂离子电池电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂为三(三甲基硅烷)磷酸酯(tmsp)。
[0031]
进一步地，所述第一添加剂为3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯或者3-氨基苯硼酸-1,3-丙二醇酯。
[0032]
进一步地，所述第一添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-4％。
[0033]
进一步地，所述第二添加剂在电解液中的质量分数为0.1-3.0％。
[0034]
进一步地，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。
[0035]
进一步地，所述锂盐化合物为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂或者双氟磺酰亚胺锂。
[0036]
一种锂离子电池电解液的制备方法，它包括以下步骤：
[0037]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到混合溶剂；
[0038]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入适量的电解液添加剂，混合均匀，最终得到含锂盐的电解液，备用。
[0039]
进一步地，所述步骤s2中所述的电解液添加剂为所述第一添加剂或者所述第一添加剂与所述第二添加剂的组合。
[0040]
进一步地，经所述步骤s2所得到的电解液中，所述锂盐化合物含量为1.0mol/l，所述第一添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-4％；所述第二添加剂在电解液中的质量分数为0.1-3.0％。
[0041]
本实施例的一种锂离子电池电解液，加入3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯或者3-氨基苯硼酸-1,3-丙二醇酯后能够有效提高电极的界面稳定性；这是因为该化合物含有的氰基官能团或者氨基官能团具有较强的配位能力，可以与正极材料中的过渡金属元素结合，在电极表面生成稳定的界面膜，减少电极对电解液的催化分解作用；同时，其含有的硼原子表现出强吸电子性，能够与锂盐阴离子形成配合物，增大锂离子迁移数，从而提升了电池的倍率性能；此外，还加入了第二添加剂以探究该添加剂与其他电解液添加剂的兼容性；本实施例的一种锂离子电池电解液及其制备方法，可改善锂离子电池的循环性能和倍率性能，并有效延长锂离子电池循环寿命。
[0042]
实施例2
[0043]
本实施例的锂离子电池电解液由非水有机溶剂、锂盐化合物、添加剂构成。非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的混合溶剂；锂盐化合物为六氟磷酸锂；第一添加剂为3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯；电解液的制备方法，主要包括以下步骤：
[0044]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙
酯、碳酸二乙酯得到混合溶剂；
[0045]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入第一添加剂，混合均匀，最终得到第一添加剂质量分数为0.5％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液1，备用。
[0046]
本实施例的锂离子电池为cr-2032扣式电池，以本实施例的电解液1为电解液，以pe多孔薄膜为隔膜，电极材料按以下步骤进行制备：
[0047]
a1：正极极片：在n-甲基吡咯烷酮(nmp)体系中，将正极活性材料lini0.6co0.1mn0.3o2、导电剂sp、粘结剂聚偏二氟乙烯(pvdf)按质量比96:2:2充分搅拌混合均匀后，涂覆于铝箔表面，烘干，辊压，模切，得到正极极片；
[0048]
a2：负极极片：在去离子水体系中，将负极活性材料石墨、导电剂、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠按质量比95:2:2:1充分搅拌混合均匀后，涂覆与铜箔表面，烘干，辊压，模切，得到负极极片。
[0049]
实施例3
[0050]
本实施例的锂离子电池电解液的制备方法，主要包含以下步骤：
[0051]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到溶剂；
[0052]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入第一添加剂，混合均匀，最终得到第一添加剂质量分数为1.0％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液2，备用。
[0053]
本实施例的锂离子电池以电解液2为电解液，其他完全同实施例2。
[0054]
实施例4
[0055]
本实施例的锂离子电池电解液的制备方法，主要包含以下步骤：
[0056]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到溶剂；
[0057]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入第一添加剂，混合均匀，最终得到第一添加剂质量分数为1.5％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液3，备用。
[0058]
本实施例的锂离子电池以电解液3为电解液，其他完全同实施例2。
[0059]
实施例5
[0060]
本实施例的锂离子电池电解液由非水有机溶剂、锂盐化合物、添加剂构成。非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的混合溶剂；锂盐化合物为六氟磷酸锂；第一添加剂为3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯，第二添加剂为三(三甲基硅烷)磷酸酯(tmsp)。
[0061]
本实施例的锂离子电池电解液的制备方法，主要包含以下步骤：
[0062]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到溶剂；
[0063]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入第一添加剂和第二添加剂(tmsp)，混合均匀，最终得到第一添加剂和第二添加剂质量分数分别为0.5％和0.5％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液4，备用。
[0064]
本实施例的锂离子电池以电解液4为电解液，其他完全同实施例2。
[0065]
实施例6
[0066]
本实施例的锂离子电池电解液的制备方法，主要包含以下步骤：
[0067]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙
酯、碳酸二乙酯得到溶剂；
[0068]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入第一添加剂和第二添加剂(tmsp)，混合均匀，最终得到第一添加剂和第二添加剂质量分数分别为1.0％和0.5％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液5，备用。
[0069]
本实施例的锂离子电池以电解液5为电解液，其他完全同实施例2。
[0070]
实施例7
[0071]
本实施例的锂离子电池电解液的制备方法，主要包含以下步骤：
[0072]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到溶剂；
[0073]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入第一添加剂和第二添加剂(tmsp)，混合均匀，最终得到第一添加剂和第二添加剂质量分数分别为1.5％和0.5％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液6，备用。
[0074]
本实施例的锂离子电池以电解液6为电解液，其他完全同实施例2。
[0075]
对比例1
[0076]
本对比例的锂离子电池电解液的制备方法，主要包含以下步骤：
[0077]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到溶剂；
[0078]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，不加入第一添加剂和第二添加剂，混合均匀，最终得到第一添加剂和第二添加剂质量分数均为0％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液7，备用。
[0079]
本对比例的锂离子电池以电解液7为电解液，其他完全同实施例2。
[0080]
对比例2
[0081]
本实施例的锂离子电池电解液的制备方法，主要包含以下步骤：
[0082]
s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到溶剂；
[0083]
s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，不加入第一添加剂，加入第二添加剂，混合均匀，最终得到第一添加剂和第二添加剂质量分数分别为0％和0.5％、锂盐含量为1.0mol/l的电解液8，备用。
[0084]
本对比例的锂离子电池以电解液8为电解液，其他完全同实施例2。
[0085]
电化学性能测试：在25℃，2.8-4.3v的条件下，以1c和3c的倍率测试电池的常温循环性能，循环300周，测试结果如表1所示：
[0086]
表1常温循环性能
[0087]
项目1c容量保持率3c容量保持率添加剂实施例2(电解液1)89.2％71.5％第一添加剂实施例3(电解液2)92.4％78.9％第一添加剂实施例4(电解液3)90.5％72.6％第一添加剂实施例5(电解液4)92.1％73.6％第一添加剂、第二添加剂实施例6(电解液5)95.7％83.2％第一添加剂、第二添加剂实施例7(电解液6)91.1％74.2％第一添加剂、第二添加剂
对比例1(电解液7)46.2％39.4％无添加剂对比例2(电解液8)88.9％70.8％第二添加剂
[0088]
从表1可以看出：
[0089]
相较于对比例1，单独添加第一添加剂的实施例2-4的电池循环性能得到了明显的提升。这说明向电解液中加入适量的第一添加剂能够有效提升电池的循环性能和倍率性能。
[0090]
相较于对比例1，对比例2中单独添加适量的第二添加剂也能够在一定程度上改善电池的循环性能和倍率性能；
[0091]
相较于对比例1和对比例2，实施例5-7中添加了第一和第二添加剂，特别是实施例6性能较好，这说明同时使用第一和第二添加剂能够更加有效提升电池的循环性能和倍率性能，并且说明第一添加剂与其他添加剂共同使用具有较好的兼容性。
[0092]
综述，本发明的锂离子电池电解液，加入3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯或者3-氨基苯硼酸-1,3-丙二醇酯后能够有效提高电极的界面稳定性；这是因为该化合物含有的氰基官能团或者氨基官能团具有较强的配位能力，可以与正极材料中的过渡金属元素结合，在电极表面生成稳定的界面膜，减少电极对电解液的催化分解作用；同时，其含有的硼原子表现出强吸电子性，能够与锂盐阴离子形成配合物，增大锂离子迁移数，从而提升了电池的倍率性能；此外，还加入了第二添加剂以探究该添加剂与其他电解液添加剂的兼容性；因此，本发明的一种锂离子电池电解液及其制备方法，可改善锂离子电池的循环性能和倍率性能，并有效延长锂离子电池循环寿命。
[0093]
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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于：它包括非水有机溶剂、锂盐化合物和第一添加剂，所述第一添加剂的分子结构为：其中，r基团可以为链状烷基、环烷基、氨基、氰基、硝基、烯烃基、炔烃基、硅烷基、卤素、磺酸基，以及其他邻间对形式。2.如权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂离子电池电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂为三(三甲基硅烷)磷酸酯(tmsp)。3.如权利要求1或者2所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述第一添加剂为3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯或者3-氨基苯硼酸-1,3-丙二醇酯。4.如权利要求3所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述第一添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-4％。5.如权利要求2所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述第二添加剂在电解液中的质量分数为0.1-3.0％。6.如权利要求3所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。7.如权利要求3所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐化合物为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂或者双氟磺酰亚胺锂。8.如权利要求3所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：s1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到混合溶剂；s2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入适量的电解液添加剂，混合均匀，最终得到含锂盐的电解液，备用。9.如权利要求8所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中所述的电解液添加剂为所述第一添加剂或者所述第一添加剂与所述第二添加剂的组合。10.如权利要求9所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于：经所述步骤s2所得到的电解液中，所述锂盐化合物含量为1.0mol/l，所述第一添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-4％；所述第二添加剂在电解液中的质量分数为0.1-3.0％。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池电解液及其制备方法；它包括非水有机溶剂、锂盐化合物和第一添加剂或第一添加剂与第二添加剂的组合，第二添加剂为三（三甲基硅烷）磷酸酯（TMSP）；第一添加剂为3-氰基苯硼酸-1,3-丙二醇酯或者3-氨基苯硼酸-1,3-丙二醇酯；锂离子电池电解液的制备方法，包括S1：在充满氩气的手套箱中，以质量比为2:5:3的比例混合碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯得到混合溶剂；S2：将一定量的锂盐化合物加入混合溶剂中，再加入适量的电解液添加剂，混合均匀，最终得到含锂盐的电解液，备用。本发明的一种锂离子电池电解液及其制备方法，可改善锂离子电池的循环性能和倍率性能，并有效延长锂离子电池循环寿命。离子电池循环寿命。离子电池循环寿命。


技术研发人员：董志远 袁艳艳 郑雯雯 赵永锋 孙延生 刘兴丹 罗传军 许飞 牛猛卫
受保护的技术使用者：多氟多新能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/31