一种非水电解液及二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种非水电解液及二次电池。一种非水电解液，该电解液中含有一元醇R‑OH，其中，所述R选自碳原子数为3～18的有机基团，所述非水电解液中不含有醚类化合物。本发明专利技术可以获得一种电化学窗口较宽、性能优良的非水电解液；且该非水电解液可以含有在嵌/脱锂电位电势较高的负活性极材料的电池中得到应用。本发明专利技术提供的非电解液还有利于提升电解液的倍率性能。

A Non-aqueous Electrolyte and Secondary Battery

The invention relates to a non-aqueous electrolyte and a secondary battery. A non-aqueous electrolyte containing monohydric alcohol R_OH is selected from an organic group with carbon atoms ranging from 3 to 18, and the non-aqueous electrolyte does not contain ether compounds. The invention can obtain a non-aqueous electrolyte with wide electrochemical window and excellent performance, and the non-aqueous electrolyte can be used in batteries containing negative active electrode materials with high intercalation/delithium potential potential and potential. The non-electrolyte provided by the invention is also beneficial to improving the rate performance of the electrolyte.

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液及二次电池
本专利技术涉及一种非水电解液及二次电池。
技术介绍
锂二次电池发展至今，负极材料仍以碳基材料为主。碳酸酯溶剂与化学惰性的碳基材料兼容性优良，因此其在非水二次电池用电解液工业中具有不可替代的地位。碳酸酯分为环状碳酸酯和线性碳酸酯两类，碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯是最常用的两种环状碳酸酯，由环氧丙烷/环氧乙烷与二氧化碳加成反应合成；碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯是常用的线性碳酸酯，目前普遍采用酯交换法合成，例如，碳酸二甲酯由碳酸乙烯酯与甲醇在固体催化剂作用下反应制得。由于碳酸酯通过“醇解”工艺制备，以及其在存储过程中可能发生水解反应(溶剂中含有微量水)，使碳酸酯中不可避免地残留醇类化合物。通常，碳酸二甲酯溶剂中含有甲醇，碳酸二乙酯溶剂中含有乙醇，碳酸甲乙酯溶剂中含有甲醇、乙醇，碳酸乙烯酯中含有乙二醇，碳酸丙烯酯中含有1,2-丙二醇，一般含量在200ppm以下。在锂二次电池体系中，通常认为碳原子数较少的醇类化合物和水一样是有害物质，如甲醇、乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇等，由于其电化学窗口窄且易与锂盐(LiPF6)发生反应。本专利技术的研究人员一直在探索醇类化合物在锂二次电池中的应用，以其获得一种电化学窗口较宽、性能优良的醇系电解液。近来，碱金属过渡金属复合氧化物或者过渡金属氧化物作为负极材料引起人们的兴趣，包括Li4Ti5O12、TiO2、NiO、MoO2、MoO3、V2O5、Co3O4、CoO、Fe3O4、Fe2O3、FeO、Cu2O、CuO等。此类材料嵌/脱锂电位电势较高，醇系电解液有望在以此类材料作为活性负极材料的电池中得到应用。专利
技术实现思路
本专利技术为提供一种非水电解液，该电解液中含有一元醇R-OH，其中，所述R选自碳原子数为3～18的有机基团，所述非水电解液中不含有醚类化合物。本专利技术人经过长期研究发现，当一元醇分子中的碳原子数大于3时，添加微量一元醇于非水电解液中(或者一元醇以杂质形式随溶剂进入非水电解液中)，不但不会使电解液的性能劣化，反而有利于提升电解液的倍率性能。但当电解液中含有醚类化合物时，加入长碳链一元醇溶剂，电解液的倍率性能提升不明显，因此本专利技术所述非水电解液中不含有醚类化合物。长碳链一元醇的介电常数比较高，例如正己醇的介电常数为13.3，解离锂盐能力较强。本专利技术通过长链一元醇的使用可以获得一种电化学窗口较宽、性能优良的非水电解液；且该非水电解液可以在含有嵌/脱锂电位电势较高的负活性极材料的电池中得到应用。上述嵌/脱锂电位电势较高负极活性材料包括但不限于碱金属过渡金属复合氧化物和/或过渡金属氧化物，包括Li4Ti5O12、TiO2、NiO、MoO2、MoO3、V2O5、Co3O4、CoO、Fe3O4、Fe2O3、FeO、Cu2O、CuO等。当一元醇分子中的碳原子数小于2时，如甲醇、乙醇、乙二醇等，属于短碳链醇溶剂，极性大，碳链位阻小，羟基-OH进攻锂盐LiPF6中磷原子发生亲核取代反应，释放出HF，造成电解液性能劣化：当醇溶剂中碳链的碳原子数增加至3个以上时，分子极性减小，碳链位阻增大，羟基-OH不易进攻锂盐LiPF6中磷原子，亲核取代反应被阻止：作为一种实施方式，所述R选自碳原子数为4～10的有机基团。作为一种实施方式，所述R选自碳原子数为4～8的有机基团。碳原子个数过多(碳链过长)会导致醇分子极性减弱，介电常数下降，解离锂盐能力下降。作为一种实施方式，所述有机基团还包括H、N、O、F、S、Si及P中至少一种元素。作为一种实施方式，所述非水电解液中一元醇的含量为20ppm～2000ppm。作为一种实施方式，所述非水电解液中一元醇的含量为20ppm～1500ppm。作为一种实施方式，所述非水电解液中一元醇的含量为50ppm～1000ppm。作为一种实施方式，所述非水电解液中一元醇的含量为50ppm～500ppm。本专利技术一元醇具体使用含量可以根据电解液中其它组分以及电池中正负极材料体系进行调整。例如，当磺酰亚胺锂盐LiFSI或者LiTFSI作为电解质盐时，一元醇含量可以适当增加；当LiBF4作为电解质盐时，一元醇含量适当降低；当乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正己酯等作为非水电解液溶剂时，一元醇含量可以适当增加，如大于500ppm小于2000ppm。当碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或者碳酸乙烯酯作为非水电解液溶剂时，一元醇含量适当降低，如大于50ppm小于500ppm。作为一种实施方式，所述一元醇选自1-丙醇、2-丙醇、烯丙基醇、1-丁醇、2-丁醇、2甲基-1-丙醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、2,2-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-2-丁醇、环己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、十二烷基醇、十四烷基醇及十六烷基醇中至少一种。作为一种实施方式，所述一元醇选自1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基2-丁醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、2,2-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-2-丁醇、环己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇及1-癸醇中至少一种。作为一种实施方式，所述一元醇还可以选自含氟醇类化合物，如HCF2CF2CH2OH。常用的碳酸酯溶剂一般有五种，包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)以及碳酸甲乙酯(EMC)，通过改变五种溶剂的组成，几乎构成了目前商用化锂离子二次电池电解液体系。然而，碳酸酯是化学本征活性较高的溶剂，例如DMC是常用的甲基化试剂，在催化作用下，给予一个甲基取代基，同时释放出离去基团甲氧基和CO2，相比之下，羧酸酯烷基化能力弱得多，一般很少用作烷基化试剂。但随着碱金属过渡金属复合氧化物以及过渡金属氧化物作为负极活性材料的兴起，使用碳酸酯作为主溶剂的非水电解质，暴露出诸多问题，如副反应多、电池产气、循环寿命短等现象。而羧酸酯溶剂由于种类繁多，分子结构变化多样，可配制成具有各种性能的电解质；此外，羧酸酯介电常数较高而黏度小，且熔点比碳酸酯低，加入羧酸酯，还可以改善非水电解质的低温特性，为优化电解液配方提供了更大的空间。本专利技术研究人员发现，当电解液中含有羧酸酯溶剂时，长碳链一元醇不仅不会使电解液性能劣化，还有利于进一步改善电解液的性能，可以满足碱金属过渡金属复合氧化物以及过渡金属氧化物作为负极活性材料的需求。作为一种实施方式，所述非水电解液中含有羧酸酯。作为一种实施方式，所述羧酸酯选自γ-丁内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、正辛酸甲酯、正辛酸乙酯、正己酸甲酯、正己酸乙酯、正己酸丙酯、正己酸丁酯、正己酸异丁酯、特戊酸甲酯、特戊酸乙酯、特戊酸丙酯、特戊酸丁酯、特戊酸异丁酯、特戊酸正戊酯、特戊酸异戊酯、特戊酸(2－甲基丁醇)酯、特戊酸新戊酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸正丁酯、丁酸异丁酯、丁酸正戊酯、丁酸异戊酯、丁酸(2－甲基丁醇)酯、丁酸新戊酯、丁酸正己酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、异丁酸正丙酯、异丁酸正丁酯、异丁酸异丁酯、异丁酸正戊酯、异丁酸异戊酯、异丁酸(2－甲基丁醇)酯、异丁酸新戊酯、异本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解液，其特征在于：该非水电解液中含有一元醇R‐OH，其中，所述R选自碳原子数为3～18的有机基团，所述非水电解液中不含有醚类化合物。

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，其特征在于：该非水电解液中含有一元醇R‐OH，其中，所述R选自碳原子数为3～18的有机基团，所述非水电解液中不含有醚类化合物。2.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述R选自碳原子数为4～10的有机基团。3.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述有机基团还包括H、N、O、F、S、Si及P中至少一种元素。4.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述非水电解液中一元醇的含量为20ppm～2000ppm。5.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述一元醇选自1-丙醇、2-丙醇、烯丙基醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、2,2-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-2-丁醇、环己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇、1-癸醇、十二烷基醇、十四烷基醇及十六烷基醇中至少一种。6.如权利要求5所述非水电解液，其特征在于：所述一元醇选自1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基2-丁醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、2,2-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-2-丁醇、环己醇、1-庚醇、1-辛醇、1-壬醇及1-癸醇中至少一种。7.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述非水电解液还包括羧酸酯。8.如权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述羧酸酯的质量为所述非水电解液总质量的5％～99.9％。9.如权利要求7所述的非水电解液，其特征在于：所述羧酸酯选自γ-丁内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、正辛酸甲酯、正辛酸乙酯、正己酸甲酯、正己酸乙酯、正己酸丙酯、正己酸丁酯、正己酸异丁酯、特戊酸甲酯、特戊酸乙酯、特戊酸丙酯、特戊酸丁酯、特戊酸异丁酯、特戊酸正戊酯、特戊酸异戊酯、特戊酸(2‐甲基丁醇)酯、特戊酸新戊酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸正丁酯、丁酸异丁酯、丁酸正戊酯、丁酸异戊酯、丁酸(2‐甲基丁醇)酯、丁酸新戊酯、丁酸正己酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、异丁酸正丙酯、异丁酸正丁酯、异丁酸异丁酯、异丁酸正戊酯、异丁酸异戊酯、异丁酸(2‐甲基丁醇)酯、异丁酸新戊酯、异丁酸正己酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸正丁酯、丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧旭峰，申大卫，李中凯，郑卓群，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33