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    一種非水電解液和一種鋰離子電池制造技術

    技術編號:15089879 閱讀:121 留言:0更新日期:2017-04-07 18:50
    本發明專利技術提供了一種非水電解液,包括有機溶劑和鋰鹽,所述有機溶劑選自非碳酸酯溶劑。本發明專利技術提供的非水電解液具有較好的抗親核攻擊能力,高活性的自由基離子O2.?較難與這些溶劑發生親核反應,從而有效抑制了材料中Li2O流失,穩定了富鋰正極材料的結構,有效緩解了材料電壓滯后現象的發生。同時本發明專利技術提供的非水電解液具有抗氧化性好且不燃的特性,因此本發明專利技術提供的非水電解液制備的富鋰電池具有較好的循環性能和較高的安全性。

    Non aqueous electrolyte and lithium ion battery

    The invention provides a non-aqueous electrolyte, comprising an organic solvent and a lithium salt. Non water electrolyte provided by the invention has good anti nucleophilic attack capability, high activity free radical ion O2. difficult with these solvent nucleophilic reaction, which can effectively inhibit the loss of Li2O material, the stability of the structure of Li rich cathode material, effectively alleviate the occurrence of the hysteresis of the piezoelectric material. At the same time, the non-aqueous electrolyte provided by the invention has the advantages of good oxidation resistance and no burning, therefore, the lithium rich battery prepared by the non-aqueous electrolyte has better cycle performance and high safety.

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術屬于鋰離子電池
    ,具體涉及一種非水電解液和一種鋰離子電池。
    技術介紹
    當前,開發具有更高能量密度的鋰離子電池已成為發展新能源汽車和儲能技術的關鍵。而高能量密度鋰離子電池受限于正極材料的比容量。因此,開發高容量正極材料已迫在眉睫。富鋰xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(M=Co、Ni、Mn)具有高比容量(高達300mAhg-1)、高安全性和低成本等特點已成為現階段鋰離子電池正極材料研究的熱點。然而,富鋰正極存在的最主要問題是電壓滯后,即從充放電曲線上表現為放電平均電壓隨著循環次數的增加不斷下降。在實際的應用過程中,材料的電壓滯后會導致電池的輸出功率降低,并嚴重影響電池管理系統對電池充放電狀態的預測。存在電壓滯后這一現象的原因普遍認為是:富鋰正極在首周充電活化過程中產生的O2在高電位下易得到電子,生成自由基離子O2.-,該自由基離子會迅速地與碳酸酯溶劑發生親核反應,反應產物有機羧酸鋰和碳酸鋰會沉積在電極表面,使電極表面電阻不斷增加,造成電極材料中Li2O的流失,引起材料中化學組分變化和相轉變,表現為電池電壓滯后的發生。
    技術實現思路
    有鑒于此,本專利技術要解決的技術問題在于提供一種非水電解液和一種鋰離子電池,本專利技術提供的非水電解液可以防止電池電壓滯后的現象發生。本專利技術提供了一種非水電解液,包括有機溶劑和鋰鹽,所述有機溶劑選自非碳酸酯溶劑。優選的,所述非碳酸酯溶劑選自含磷化合物、醚類化合物、離子液體、砜類化合物和腈類化合物中的一種或者幾種。優選的,所述含磷化合物選自具有式I所示結構的磷酸酯、式II所示結構的亞磷酸酯、式III所示結構的鏈狀磷腈化合物和式IV所示結構的環三磷腈化合物中的一種或幾種,式I、II、III中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8獨立的選自碳原子數為1~12的烷基、碳原子數為1~12的含氟烷基、芳香基或含氟芳香基,其中,式III中n為1~10的整數;式IV中,R9、R10、R11、R12、R13和R14獨立的選自氫原子、鹵素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟烷氧基、芳香基或含氟芳香基。優選的,所述醚類化合物選自具有式V所示結構的化合物中的一種或幾種,式V中,m為0~10的整數;R15和R16獨立的選自苯基、鹵素、C1~C12的直鏈或支鏈烷基、C1~C12的直鏈或支鏈含氟烷基。優選的,所述砜類化合物選自具有式VI所示結構的鏈狀砜和式VII所示結構的環狀砜中的一種或幾種,式VII中,p獨立選自1、2、3的整數;R17、R18和R19獨立的選自苯基、鹵素、C1~C12的直鏈或支鏈烷基、C1~C12的直鏈或支鏈含氟烷基。優選的,所述腈類化合物選自具有式VIII所示結構的單腈化合物和式IX所示結構的二腈化合物中的一種或幾種,式IX中,q獨立選自1~6的整數;R20獨立的選自苯基、鹵素、C1~C12的直鏈或支鏈烷基、C1~C12的直鏈或支鏈含氟烷基。優選的,所述離子液體中的陽離子選自含氮的陽離子,所述離子液體中陰離子選自四氟硼酸陰離子、六氟磷酸陰離子、高氯酸陰離子、三氟甲基磺酰亞胺陰離子、二(三氟甲基磺酰)亞胺陰離子、三氟甲基磺酰酸陰離子、雙氟磺酰亞胺陰離子中的一種。優選的,所述含氮的陽離子選自式X所示化合物、式XI所示化合物和式XII所示化合物中的一種或多種;其中,R21、R22、R23、R24、R25和R26獨立的選自氫原子、鹵素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟烷氧基、芳香基或含氟芳香基。優選的,所述鋰鹽的濃度為0.1mol/L~3mol/L。優選的,還包括添加劑,所述添加劑在所述非水電解液中的質量百分數為0.005%~10%。優選的,所述添加劑選自第一添加劑和/或第二添加劑;所述第一添加劑選自亞硝酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰、氟化鋰、溴化鋰、碘化鋰、磷酸鋰、一氟磷酸鋰、二氟磷酸鋰、三氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三草酸磷酸鋰、二氟二草酸磷酸鋰和四氟草酸磷酸鋰的一種或幾種。所述第二添加劑選自含氟碳酸酯、不飽和碳酸酯、磺酸內酯、含氟羧酸酯、含氟醚中的一種或幾種;所述含氟碳酸酯選自式XIII所示結構的含氟環狀碳酸酯或式XIV所示結構的含氟鏈狀碳酸酯中的一種或幾種;其中,R27、R28、R29和R30獨立的選自氫、氟、C1~C6的直鏈或支鏈烷基、C1~C6的直鏈或支鏈含氟烷基,且R27和R28其中之一為含氟基團,R29和R30其中之一為含氟基團;所述不飽和碳酸酯選自含雙鍵的不飽和碳酸酯;所述磺酸內酯選自式XV所示結構的環狀磺酸內酯;其中,r為1~3的整數,R31獨立的選自氫、氟、C1~C6的直鏈或支鏈烷基、C1~C6的直鏈或支鏈含氟烷基;所述含氟羧酸酯選自式XVI所示結構中的一種或幾種;其中,R32和R33獨立的選自C1~C6的直鏈或支鏈烷基、C1~C6的直鏈或支鏈含氟烷基,且R32和R33其中之一為含氟基團。所述含氟醚選自式XVII所示結構中一種或幾種;其中,R34和R35獨立的選自C1~C6的直鏈或支鏈烷基、C1~C6的直鏈或支鏈含氟烷基,且R34和R35其中之一為含氟基團。優選的,所述第一添加劑和第二添加劑的質量比為1:20~20:1。本專利技術還提供了一種鋰離子電池,包括正極、隔膜、負極、電解液和電池外殼,所述電解液為上述非水電解液。與現有技術相比,本專利技術提供了一種非水電解液,包括有機溶劑和鋰鹽,所述有機溶劑選自非碳酸酯溶劑。本專利技術提供的非水電解液具有較好的抗親核攻擊能力,高活性的自由基離子O2.-較難與這些溶劑發生親核反應,從而有效抑制了材料中Li2O流失,穩定了富鋰正極材料的結構,有效緩解了材料電壓滯后現象的發生。同時本專利技術提供的非水電解液具有抗氧化性好且不燃的特性,因此本專利技術提供的非水電解液制備的富鋰電池具有較好的循環性能和較高的安全性。結果表明,本專利技術提供的非水電解液制備的富鋰鋰離子電池在25℃充放電循環100周,電池的容量保持率為88.9%~94.1%,電壓滯后僅為0.05~0.20V,而在現有碳酸酯電解液中電池的容量保持率為71.2%~88.7%,電壓滯后為0.3~0.6V。本專利技術提供的非水電解液制備的富鋰鋰離子電池具有較好的循環性能。附圖說明圖1為本專利技術實施例2、對比例1和對比例2得到的富鋰鋰離子電池的放電平均電壓-循環次數比較圖。具體實施方式本專利技術提供了一種非水電解液,包括有機溶劑和鋰鹽,所述有機溶劑選自非碳酸酯溶劑。在本本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種非水電解液,其特征在于,包括有機溶劑和鋰鹽,所述有機溶劑選自非碳酸酯溶劑。

    【技術特征摘要】
    1.一種非水電解液,其特征在于,包括有機溶劑和鋰鹽,所述有機溶劑選自非碳酸酯溶
    劑。
    2.根據權利要求1所述的非水電解液,其特征在于,所述非碳酸酯溶劑選自含磷化合
    物、醚類化合物、離子液體、砜類化合物和腈類化合物中的一種或者幾種。
    3.根據權利要求2所述的非水電解液,其特征在于,所述含磷化合物選自具有式I所示
    結構的磷酸酯、式II所示結構的亞磷酸酯、式III所示結構的鏈狀磷腈化合物和式IV所示結
    構的環三磷腈化合物中的一種或幾種,
    式I、II、III中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8獨立的選自碳原子數為1~12的烷基、碳原子
    數為1~12的含氟烷基、芳香基或含氟芳香基,其中,式III中n為1~10的整數;
    式IV中,R9、R10、R11、R12、R13和R14獨立的選自氫原子、鹵素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟
    烷氧基、芳香基或含氟芳香基。
    4.根據權利要求2所述的非水電解液,其特征在于,所述醚類化合物選自具有式V所示
    結構的化合物中的一種或幾種,
    式V中,m為0~10的整數;
    R15和R16獨立的選自苯基、鹵素、C1~C12的直鏈或支鏈烷基、C1~C12的直鏈或支鏈含氟
    烷基。
    5.根據權利要求2所述的非水電解液,其特征在于,所述砜類化合物選自具有式VI所示
    結構的鏈狀砜和式VII所示結構的環狀砜中的一種或幾種,
    式VII中,p獨立選自1、2、3的整數;
    R17、R18和R19獨立的選自苯基、鹵素、C1~C12的直鏈或支鏈烷基、C1~C12的直鏈或支鏈
    含氟烷基。
    6.根據權利要求2所述的非水電解液,其特征在于,所述腈類化合物選自具有式VIII所
    示結構的單腈化合物和式IX所示結構的二腈化合物中的一種或幾種,
    式IX中,q獨立選自1~6的整數;
    R20獨立的選自苯基、鹵素、C1~C12的直鏈或支鏈烷基、C1~C12的直鏈或支鏈含氟烷
    基。
    7.根據權利要求2所述的非水電解液,其特征在于,所述離子液體中的陽離子選自含氮
    的陽離子,所述離子液體中陰離子選自四氟硼酸陰離子、六氟磷酸陰離子、高氯酸陰離子、
    三氟甲基磺酰亞胺陰離子、二(三氟甲基磺酰)亞胺陰離子、三氟甲基磺酰酸陰離子、雙氟磺
    酰亞胺陰離子中的一種。
    8.根據權利要求7所述的非水電解液,其特征在于,所述含氮的陽離子選自式X所示化
    合物、式XI所示化合物和式XII所示化合物中的一種或多種;
    其中,R21、R22、R23、R24、R25和R26獨立的選自氫原子、鹵素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟
    烷氧基、芳香基或含氟芳香基。
    9.根據權利要求1所述的非水電解液,其特征在于,所述鋰鹽的濃度為0.1mol/L~
    3mol/L。
    10.根據權利要求1所述的非水電解液...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:夏蘭夏永高劉兆平
    申請(專利權)人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所
    類型:發明
    國別省市:浙江;33

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