锂离子电池电解液及其电池

技术领域

本申请涉锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池电解液及其电池。

背景技术

近年来航空、弹射系统以及以激光器为代表的高定向能器件等领域对超高功率化学电源表现出了迫切需求，国际上也已针对超高功率化学电源展开了研究。此类应用对配套的脉冲电源的高功率高比能长寿命的指标需求极高，一般化学电源难以满足其要求。锂离子电池具有电压高比能量高循环寿命长等优点，随着电池关键材料及电池制备工艺技术的快速发展，高功率型锂离子电池的比功率、比能量、循环寿命、安全性能逐步提高，被认为是航空、弹射系统高定向能器件等装备的理想侯选电源之一。高功率型锂离子电池的正极会采用LiCoO

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种锂离子电池电解液，该电解液在室温下具有超高离子电导率，减小电荷转移电阻，采用该电解液的锂离子电池在高倍率下放电仍具有很高的放电容量，且该电解液可在负极形成致密的SEI(solid electrolyte interface，固体电解质界面膜，使得电池在大倍率放电时仍具有良好的循环稳定性能。

所述电解液包括锂盐和有机溶剂，所述有机溶剂包含线性酯类化合物和卤代酯类化合物，且所述线性酯类化合物在所述电解液中的体积分数为40～90％。

可选地，所述线性酯类化合物在所述电解液中的体积分数上限可选自90％、85％、80％、75％、70％、66.7％、65％、60％、55％、50％、45％、，下限可选自85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％或40％。

可选地，所述线性酯类化合物选自具有式I所示结构式的化合物中的至少一种：

所述卤代酯类化合物选自具有式II所示结构式的化合物、具有式III所示结构式的化合物、具有式IV所示结构式的化合物中的至少一种：

其中，R

R

R

R

选用的线性酯类化合物为式I结构时，其属于短链式结构，极大的降低了电解液黏度；式II、II、IV结构的卤代酯类溶剂与普通有机溶剂相比，增加了结构的不对称性，提高溶剂的介电常数和液相范围，且能在负极形成致密的SEI膜，从而使得配制的电解液具有很高的离子电导率，提高了电池的倍率性能、循环稳定性以及高低温性能。

可选地，R

可选地，所述线性酯类化合物选自具有式I所示结构式的化合物中的至少两种。

可选地，所述卤代酯类化合物在所述电解液中的体积分数为5～20％。

可选地，所述有机溶剂还包含基础溶剂，所述基础溶剂为碳酸酯类化合物。

可选地，所述卤代酯类化合物在所述电解液中的体积分数上限可选自20％、15％或10％，下限选自15％、10％或5％。

可选地，所述线性酯类化合物在所述电解液中的体积分数为40～90％，所述卤代酯类化合物在所述电解液中的体积分数为5～20％，所述基础溶剂在所述电解液中的体积分数为5～40％。

可选地，所述基础溶剂在所述电解液中的体积分数上限值可选自40％、35％、30％、28.5％、25％、20％、15％或10％，下限值选自35％、30％、28.5％、25％、20％、15％、10％或5％。

可选地，所述碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯中的至少一种。

可选地，所述电解液还包括成膜添加剂；所述成膜添加剂在所述电解液中的质量分数为0.1％～5％。

可选地，所述成膜添加剂在所述电解液中的质量分数的上限可选为5％、4％、3％、2％、1％或0.5％，下限可选为4％、3％、2％、1％、0.5％或0.1％。

可选地，所述成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内脂、1,3-丙烯基-磺酸内酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、二甲基亚硫酸酯、二乙基亚硫酸酯、二氟磷酸锂中的至少一种。

可选地，所述成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内脂、1,3-丙烯基-磺酸内酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、二甲基亚硫酸酯、二乙基亚硫酸酯、二氟磷酸锂中的至少两种。

可选地，所述锂盐选自LiPF

可选地，所述锂盐在所述电解液中的浓度以锂离子浓度计，为0.5mol/L～2mol/L。

在一具体实施例中，一种可以提高锂离子电池功率特性的电解液，其组成包括：

(一)一种或多种线性酯类溶剂：所述线性溶剂于电解液中质量分数为40％～90％，优选的是70％。所述线性溶剂包括以下中的一种或多种：甲酸甲酯、丁酸甲酯、丙酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丙酯。

(二)一种或多种卤代酯类溶剂：所述卤代酯类溶剂于电解液中质量分数为5％～20％，优选的是10％。所述卤代线性酯类溶剂包括以下中的一种或多种：氟代碳酸乙烯酯、二氟碳酸乙烯酯、氟代甲基甲基碳酸酯、三氟代碳酸丙烯酯、二氟代乙酸甲酯、二氟代乙酸乙酯。

(三)一种或多种锂盐：所述锂盐浓度为0.5mol/L～2mol/L，优选的是1.2mol/L。所述锂盐包括以下中的一种或多种：LiPF

(四)所述电解液中还添加有溶剂：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯中的一种或者二种以上，优选质量分数为10％～40％。

(五)所述电解液中还添加有成膜添加剂：碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内脂、1,3-丙烯基-磺酸内酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、二甲基亚硫酸酯、二乙基亚硫酸酯、二氟磷酸锂中的一种或两种以上，添加剂浓度优选为0.1％～5％。

本申请中，C1～C12等均指基团中所包含的碳原子数。

本申请中，所述“烷基”是由烷类化合物分子上失去任意一个氢原子所形成的基团。

本申请中，所述“卤代烷基”是指烷基上的至少一个H被卤素取代；所述“卤素”指氟、氯、溴、碘中的至少一种。

本申请中，结构式表示的化合物，包含所有的异构体。即符合结构式表达的所有异构体均包含在本申请的保护范围内。

本申请的第二方面，还提供了一种锂离子电池，含有上述任一项所述的电解液。

可选地，所述锂离子电池为钴酸锂电池。

可选地，所述的锂离子电池100C放电比容量≥95mAh/g。

本申请能产生的有益效果包括：

(1)本申请电解液中的线性酯类溶剂具有黏度低的优势，卤代酯类溶剂介电常数高、液相范围宽，二者协同作用，当线性酯类溶剂在电解液中的体积分数为40～90％时，可大幅提高锂盐的解离，使得该电解液在室温下具有超高离子电导率，使得电池具有很小的电荷转移电阻，可大幅提高电池在高倍率下的放电性能和高低温性能；

(2)该电解液在负极形成致密的SEI膜，阻止电解液的分解，使得电池在大倍率放电时仍具有良好的循环稳定性能；

(3)本申请实施例提供的钴酸锂电池，室温下：30C放电比容量在120mAh/g以上，最高可达137mAh/g；50C放电比容量在100mAh/g以上，最高可达129mAh/g；80C放电比容量可达90mAh/g以上，最高可达116mAh/g；100C放电比容量可达70mAh/g以上，最高可达102mAh/g。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

利用LAND-CT2001A充放电测试仪进行电化学性能测试。

实施例1

电解质锂盐为LiPF

实施例2

电解质锂盐由LiPF

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同的是溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、乙酸甲酯和二氟代乙酸甲酯按体积比30:10:40:20混合而成。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同的是溶剂由碳酸乙烯酯、乙酸甲酯和二氟代乙酸乙酯按体积比5:90:5混合而成。

实施例5

电解质锂盐为LiPF

实施例6电解质锂盐为LiPF

实施例7

电解质锂盐为LiPF

对比例1

电解液从深圳新宙邦购买，型号为LBC305-01；

对比例2

电解质锂盐为LiPF

对比例3

电解质锂盐为LiPF

实施例8

分别采用实施例1～7及对比例1-3提供的电解液制备钴酸锂纽扣电池，具体包括：

钴酸锂电池的正极按如下方式制备：

LiCoO2、导电炭黑、粘结剂三者按质量比为8:1:1溶于适量N-甲基吡咯烷酮中混合均匀，用湿膜制备器涂布成厚度为0.15mm的电极膜，真空烘干后用切片机切成直径为14mm的电极片，称重并计算活性物质的质量。

电池的负极按如下方式制备：

石墨、导电炭黑、粘结剂三者按质量比为85:10:5溶于适量水中混合均匀，用湿膜制备器涂布成厚度为0.05mm的电极膜，真空烘干后用切片机切成直径为14mm的电极片。

以Celgard 2500作为隔膜，添加100微升电解液(分别由实施例1～4及对比例1、2提供)，在充满氩气的手套箱中装成纽扣电池。

对分别采用实施例1～4及对比例1、2提供的电解液装配的电池进行电化学性能测试：

考察电池在常温25℃、1C充电至4.2V后在不同倍率下放电至2V时的放电比容量，以及1C充电，100C放电时循环200圈的容量保持率。

测试结果如表2所示。

表1各实施例及对比例溶剂组成

表2采用不同电解液制备的纽扣电池的电化学性能参数表

由表2可见，本申请实施例提供的钴酸锂电池，室温下：30C放电比容量在120mAh/g以上，最高可达137mAh/g；50C放电比容量在100mAh/g以上，最高可达129mAh/g；80C放电比容量可达XX90mAh/g以上，最高可达116mAh/g；100C放电比容量可达70mAh/g以上，最高可达102mAh/g。

由表1和表2可见，短链线性酯类化合物的大倍率放电性能更好，且与结构不对称的卤代酯类化合物混合时可进一步提升电池大倍率放电性能；另外卤代酯类化合物的结构对电池大倍率循环寿命影响很大，环状卤代溶剂和长链(C数大于8)卤代溶剂可在负极形成更稳定的SEI膜，在提高电池倍率性能的前提下，可保证电池的循环稳定性能。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。