本发明属于锂离子电池,涉及一种电解液,尤其涉及一种电解液及其应用。
背景技术:
1、锂离子电池由于具有高比能量、无记忆效应、高环保等优点被广泛应用于3c数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域。随着科技的快速发展,人们对高电压锂离子电池提出了更高的要求,如高能量密度、快充、炉温安全性等。
2、目前,工作电压在4.4v以上的电化学装置已成为研究热点。然而在高电压下,正极材料的氧化活性升高、稳定性下降,导致电解液容易在正极表面被氧化分解,引起容量衰减和产气;而且电解液中不可避免地会存在微量水分,这会引起锂盐分解转化成hf,导致正极界面被破坏,过渡金属离子溶出,进而破坏负极sei膜,加速电池劣化;尤其在高温存储条件下,电池的容量衰减和产气更为严重,其中容量衰减会导致电池的循环性能显著下降,在高温下的产气会导致电池发生膨胀,甚至发生起火或爆炸,存在较大的安全隐患。
3、因此,有必要对锂离子电池的快充循环性能、高温存储性能和炉温安全性能进行改善。
技术实现思路
1、针对上述缺陷,本发明提供一种电解液,可有效提升快充电池的循环性能、高温存储性能和炉温安全性能。
2、本发明还提供一种锂离子电池,包括上述电解液,该锂离子电池具有较高的快充循环性能、高温存储性能和炉温安全性能。
3、本发明提供一种电解液,所述电解液包括腈类化合物、丙酸乙酯和三氮唑类化合物;
4、所述三氮唑类化合物包括具有式1结构的三氮唑类化合物和/或具有式2结构的三氮唑类化合物,
5、
6、式1和式2中,r1、r2、r3各自独立地选自取代或未取代的c2-c30的烯基、取代或未取代的c1-c30的烷基,r4选自取代或未取代的杂环、取代或未取代的苯基,r5选自氢、卤素原子、氰基、磺酸基、取代或未取代的c1-c30的烷基。
7、进一步的,所述r1、r2、r3中的取代或未取代的烯基的碳原子数为c2-c5;
8、和/或,所述r1、r2、r3中的取代或未取代的烷基的碳原子数为c1-c5;
9、和/或,所述r5中的取代或未取代的烷基的碳原子数为c1-c5;
10、和/或,所述r4中的杂环为不饱和杂环;
11、优选地,所述杂环中的杂原子为硫原子;
12、优选地,所述杂环为噻吩基;
13、和/或,所述烷基和苯基中的取代基选自卤素原子、烯基、氰基、酯基;
14、和/或,所述烯基中的取代基选自卤素、羟基、羧基、氰基、氨基。
15、进一步的,所述电解液同时满足式3、式4、式5,
16、0.06≤a+c/b≤1.45 式3
17、0.83≤a/c≤23 式4
18、0.05≤a/b≤1.15 式5
19、式3、式4、式5中,a为所述腈类化合物在电解液中的质量百分含量,b为所述丙酸乙酯在电解液中的质量百分含量,c为所述三氮唑类化合物在电解液中的质量百分含量。
20、进一步的,所述腈类化合物在电解液中的质量百分含量为1.5-11.5wt%;
21、和/或,所述丙酸乙酯在电解液中的质量百分含量为5wt%-40wt%;
22、和/或,所述三氮唑类化合物在电解液中的质量百分含量为0.5wt%-3wt%。
23、进一步的,所述腈类化合物包括二腈类化合物、三腈类化合物、四腈类化合物、五腈类化合物中的至少一种;
24、优选地,所述二腈类化合物包括丁二腈、戊二腈、己二腈、1,5-二氰基戊烷、1,6-二氰基己烷、1,8-二氰基辛烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、1,4-二氰基戊烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,5-二氧杂-庚二腈、1,4-二(氰基乙氧基)丁烷、乙二醇二(2-氰基乙基)醚、二乙二醇二(2-氰基乙基)醚、三乙二醇二(2-氰基乙基)醚、四乙二醇二(2-氰基乙基)醚、3,6,9,12,15,18-六氧杂二十烷酸二腈、1,3-二(2-氰基乙氧基)丙烷、1,4-二(2-氰基乙氧基)丁烷、1,5-二(2-氰基乙氧基)戊烷、乙二醇二(4-氰基丁基)醚、1,4-二氰基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2-乙基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二甲基-2-丁烯、1,4-二氰基-2,3-二乙基-2-丁烯、1,6-二氰基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-3-己烯、1,6-二氰基-2-甲基-5-甲基-3-己烯中的至少一种;
25、优选地,所述三腈类化合物包括1,3,5-戊三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,6-己烷三腈、1,2,6-己烷三腈、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、1,2,4-三(2-氰基乙氧基)丁烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)乙烷、1,1,1-三(氰基乙氧基亚甲基)丙烷、3-甲基-1,3,5-三(氰基乙氧基)戊烷、1,2,7-三(氰基乙氧基)庚烷、1,2,6-三(氰基乙氧基)己烷、1,2,5-三(氰基乙氧基)戊烷和具有式6结构的化合物中的至少一种,
26、
27、优选地,所述四腈类化合物包括下列化合物中的至少一种,
28、
29、优选地,所述五腈类化合物包括式8-1和/或式8-2所示的化合物,
30、
31、进一步的,所述具有式1结构的三氮唑类化合物包括以下化合物中的至少一种,
32、
33、和/或,所述具有式2结构的三氮唑类化合物包括以下化合物中的至少一种,
34、
35、进一步的,所述电解液还包括环状硫酸酯类添加剂,所述环状硫酸酯类添加剂包括以下化合物中的至少一种,
36、
37、和/或,所述电解液还包括环状磺酸酯类添加剂,所述环状磺酸酯类添加剂包括以下化合物中的至少一种,
38、
39、和/或,所述电解液还包括碳酸酯类添加剂,含氟碳酸酯类添加剂和/或无氟碳酸酯类添加剂;
40、所述含氟碳酸酯类添加剂氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、1,2-二氟碳酸乙烯酯中的至少一种;
41、所述无氟碳酸酯类添加剂还包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、双碳酸乙烯酯中的至少一种;
42、和/或,电解液中还包括锂盐,所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种;
43、和/或,所述电解液中还包括非水有机溶剂,所述非水有机溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁内酯、环丁砜、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯中的至少两种。
44、进一步的,所述环状硫酸酯类添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.2wt%-1.5wt%;
45、和/或,环状磺酸酯类添加剂在所述电解液中的质量百分含量为1wt%-5wt%;
46、和/或,所述含氟碳酸酯类添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.5wt%-15wt%;
47、和/或,所述无氟碳酸酯类添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.1wt%-1.0wt%;
48、和/或,所述锂盐在所述电解液中的质量百分含量为13wt%-20wt%。
49、本发明还提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括上述任一项所述的电解液。
50、进一步的,所述锂离子电池还包括正极片,所述正极片包括正极活性材料,所述正极活性材料包括钴酸锂;
51、和/或,所述锂离子电池还包括负极片,所述负极片包括负极活性材料,所述负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、硬炭、软炭、中间相碳微球、硅基负极材料和含锂金属复合氧化物材料中的至少一种。
52、本发明通过使电解液中同时包括腈类化合物、丙酸乙酯和三氮唑类化合物,其中三氮唑类化合物包括具有式1和/或式2结构的三氮唑类化合物,三者之间相互协同和配合,不仅可以除去电解液中的氢氟酸和微量水分,为正负极界面膜保驾护航,还可以在炉温测试中可以释放出氮气并提前冲破电池外包装(如铝塑膜),提高电池的安全性能;此外,还可以在正负极表面生成稳定的界面保护膜,避免过渡金属离子溶出,并保证锂离子的顺利迁移,从而综合提升锂离子电池在高电压体系下(不低于4.4v)的高温存储性能、快充循环性能和炉温安全性能。
1.一种电解液,其特征在于,所述电解液包括腈类化合物、丙酸乙酯和三氮唑类化合物;
2.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述r1、r2、r3中的取代或未取代的烯基的碳原子数为c2-c5;
3.根据权利要求1或2所述的电解液,其特征在于,所述电解液同时满足式3、式4、式5,
4.根据权利要求1-3任一项所述的电解液,其特征在于,所述腈类化合物在电解液中的质量百分含量为1.5wt%-11.5wt%;
5.根据权利要求1-4任一项所述的电解液,其特征在于,所述腈类化合物包括二腈类化合物、三腈类化合物、四腈类化合物、五腈类化合物中的至少一种;
6.根据权利要求1-5任一项所述的电解液,其特征在于,所述具有式1结构的三氮唑类化合物包括以下化合物中的至少一种,
7.根据权利要求1-6任一项所述的电解液,其特征在于,所述电解液还包括环状硫酸酯类添加剂,所述环状硫酸酯类添加剂包括以下化合物中的至少一种,
8.根据权利要求7所述的电解液,其特征在于,所述环状硫酸酯类添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.2wt%-1.5wt%;
9.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括权利要求1-8任一项所述的电解液。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池还包括正极片,所述正极片包括正极活性材料,所述正极活性材料包括钴酸锂;