一种高压功能电解液及其制备方法与应用
阅读说明:本技术 一种高压功能电解液及其制备方法与应用 (High-voltage functional electrolyte and preparation method and application thereof ) 是由 邵俊华 李海杰 张利娟 孔东波 王郝为 郭飞 闫国锋 宋东亮 王亚洲 侯红歧 谢 于 2021-08-18 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种高压功能电解液及其制备方法与应用,一种高压功能电解液,包括二氟草酸硼酸锂、锂盐和添加剂;上述添加剂为乙烯基磷酸酯和乙烯基磺酰氟中的至少一种,上述添加剂和二氟草酸硼酸锂在电极表面形成一层致密的界面膜,避免了电解液主体溶剂在电极表面发生连续的电化学反应,进而提高电池的安全性能和循环性能。(The invention discloses a high-voltage functional electrolyte and a preparation method and application thereof, wherein the high-voltage functional electrolyte comprises lithium difluoro oxalate borate, lithium salt and an additive; the additive is at least one of vinyl phosphate and vinyl sulfonyl fluoride, and the additive and the lithium difluoro-oxalato-borate form a layer of compact interfacial film on the surface of the electrode, so that continuous electrochemical reaction of a main solvent of the electrolyte on the surface of the electrode is avoided, and the safety performance and the cycle performance of the battery are improved.)
技术领域
本发明属于电解液技术领域,具体涉及一种高压功能电解液及其制备方法与应用。
背景技术
锂离子电池由于具备比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优点,广泛应用于手机、电脑、相机、电动汽车等多个领域。然而,随着科学技术的不断发展,各个应用领域对锂离子电池的性能都提出了更高的要求。
目前,商业用锂离子电池的正极材料主要有锰酸锂、钴酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂几种,其充电截止电压一般不超过4.2V。随着科技的进步及市场的不断发展,提升锂电池的能量密度日益显得重要而迫切。因此提升锂离子电池的使用电压从而提高电池的能量密度是目前研究的重点。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是:
提供一种高压功能电解液。
本发明所要解决的第二个技术问题是:
提供一种上述高压功能电解液的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是:
上述高压功能电解液的应用。
为了解决上述第一个技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种高压功能电解液,
包括二氟草酸硼酸锂、锂盐和添加剂;
上述添加剂为乙烯基磷酸酯和乙烯基磺酰氟中的至少一种。
上述添加剂中的乙烯基磷酸酯和乙烯基磺酰氟,当上述高压功能电解液在通电工作时,由于乙烯基磷酸酯和乙烯基磺酰氟的还原电位较低,上述乙烯基磷酸酯和乙烯基磺酰氟会先一步发生电化学反应,在电极表面形成一层致密的界面膜,避免了电解液主体溶剂在电极表面发生连续的电化学反应,进而提高电池的安全性能和循环性能。
当电解液处于高压环境下,导致电解液温度直线上升时,上述乙烯基磷酸酯分子生成含磷自由基,捕获电解液中有机溶剂生成的氧自由基和氢氧自由基形成热滞阻层,从而防止电解液的燃烧。
上述二氟草酸硼酸锂则与上述乙烯基磷酸酯相反,上述乙烯基磷酸酯还原电位较低,使得上述乙烯基磷酸酯会先一步发生电化学反应,而上述二氟草酸硼酸锂则还原电位较高,使得上述二氟草酸硼酸锂会后一步发生电化学反应,在电池的正负极上形成一层致密、稳定的膜,从而抑制电解液与电极活性物质的进一步接触。
上述乙烯基磷酸酯、乙烯基磺酰氟和二氟草酸硼酸锂的联用,使得电解液在低压和高压的情况下,都能够更加稳定、安全,特别是在高压情况下,两者的配合能够较大程度的提高电解液的阻燃性。
根据本发明的一种实施方式,上述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂和四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲磺酰基酰亚胺锂、双三氟甲基亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式,上述二氟草酸硼酸锂、锂盐和添加剂的质量份比为:1-3:5-16:4-9。
根据本发明的一种实施方式,上述添加剂中乙烯基磷酸酯和乙烯基磺酰氟的质量份比为1-2:0.5-1。
根据本发明的一种实施方式,上述锂盐在电解液中的摩尔浓度为0.8-2.0mol/L。
根据本发明的一种实施方式,还包括溶剂,上述溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯和丙酸甲酯中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式,上述添加剂还包括氟代碳酸乙烯酯。
为了解决上述第二个技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种制备上述高压功能电解液的方法,包括以下步骤:
以质量份比为:1-3:5-16:4-9,依次混合上述二氟草酸硼酸锂、锂盐和添加剂。
本发明的另一个方面,还涉及上述一种高压功能电解液在电池中的应用。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一:
当电解液中电位低时,乙烯基磷酸酯和乙烯基磺酰氟先一步发生电化学反应,在电极表面形成一层致密的界面膜,避免了电解液主体溶剂在电极表面发生连续的电化学反应,进而提高电池的安全性能和循环性能;
当电解液中电位高时,二氟草酸硼酸锂会后一步发生电化学反应,在电池的正负极上形成一层致密、稳定的膜,从而抑制电解液与电极活性物质的进一步接触,而此时上述乙烯基磷酸酯分子也会生成含磷自由基,捕获电解液中有机溶剂生成的氧自由基和氢氧自由基形成热滞阻层,从而防止电解液的燃烧。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式予以说明。
实施例1
依次混合1g二氟草酸硼酸锂、5g六氟磷酸锂、2g乙烯基磷酸二乙酯和2g乙烯基磺酰氟,溶于100g碳酸二乙酯中,得到上述高压功能电解液。
实施例2
依次混合3g二氟草酸硼酸锂、16g六氟磷酸锂、4.5g乙烯基磷酸二乙酯和4.5g乙烯基磺酰氟,溶于100g碳酸二乙酯中,得到上述高压功能电解液。
实施例3
依次混合1.5g二氟草酸硼酸锂、10g六氟磷酸锂、3g乙烯基磷酸二乙酯和3g乙烯基磺酰氟,溶于100g碳酸二乙酯中,得到上述高压功能电解液。
对比例1
依次混合10g六氟磷酸锂、3g乙烯基磷酸二乙酯和3g乙烯基磺酰氟,溶于100g碳酸二乙酯中,得到电解液。
对比例2
依次混合1.5g二氟草酸硼酸锂、10g六氟磷酸锂,溶于100g碳酸二乙酯中,得到电解液。
性能测试:
一种Li2MnSiO4电池包括正极、负极、PE隔膜,以及按照本发明制备的电解液。
将实验例1-3与对比例1-2分别进行充放电效率和容量保持率的测试,测试结果如下。
表1
由表1可知,加入二氟草酸硼酸锂、乙烯基磷酸二乙酯和乙烯基磺酰氟对锂离子电池的首次充放电效率影响不大。但在循环300次后,电池容量保持率出现了明显的差异,添加了二氟草酸硼酸锂、乙烯基磷酸二乙酯和乙烯基磺酰氟的锂离子电池,循环300次后,电池容量保持率能至少达到87.3%,而没有完全添加上述二氟草酸硼酸锂、乙烯基磷酸二乙酯和乙烯基磺酰氟的锂离子电池,其循环300次后,电池容量保持率能只能达到62.5%-70.4%。
以上仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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