一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液及锂离子电池制造技术

技术编号:25841075 阅读:9 留言:0更新日期:2020-10-02 14:20
本发明专利技术公开了一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液及锂离子电池。该电解液含有锂盐、非质子型有机溶剂、添加剂、双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐,所述双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐为具有结构式Ⅰ的化合物。本发明专利技术通过在包含锂盐的锂二次电池的电解液中添加占电解液总质量0.01~25%的结构式I化合物,可以降低电池的内阻,提高电导率,形成优良的固体电解质界面膜,使其电池具备更好的低温性能、高温性能、倍率性能和循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
,具体涉及一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液及锂离子电池。
技术介绍
氟代磷酸酯盐是一类结构较为简单的含磷含氟化合物,目前得到广泛应用的主要是二氟磷酸锂,其在锂离子电池中使用可以提高电池高温循环性能、电池容量,降低电池阻抗并抑制产气,成为一种主流的锂离子电池电解液添加剂。日本中央硝子专利CN107251310A首先报道了氟磷酰基结构和氟磺酰基结构的酰亚胺盐并详细报道了其在锂离子电池电解液中的应用方案。这种特定结构拥有-30℃以下的平均放电电压高、优异的低温输出性能、50℃以上优异的循环特性。但是专利报道的结构合成难度较大,成本较高,在锂电池提性能、控成本的背景下难以大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液及锂离子电池,以解决目前锂离子电池非水电解液的循环时容量衰减过快及出现严重气胀现象,高低温存储后放电容量及恢复容量较低的问题。一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液,该电解液含有锂盐、非质子型有机溶剂、添加剂、双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐,所述双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐为具有结构式Ⅰ的化合物:其中M选自Li,Na,K,Cs中的一种或多种的组合。结构式Ⅰ的合成路径如下:其中M选自Li,Na,K,Cs中的一种或多种的组合,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9任选自甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基等。具体合成步骤如下:首先加入300~600重量份的乙二醇二甲醚,同时使用惰性气体保护,再加入100~200重量份的MPF6,升温到70~120℃,匀速滴加150~280重量份的硅胺,搅拌使其充分反应,反应时间为3~8h。反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,加入300重量份的碳酸甲乙烯酯溶解过滤,获得双四氟磷酰亚胺盐溶液,溶液升温至40℃,匀速滴加150~280重量份的三甲基硅醇锂,反应3~6h,反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,干燥后得到双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐M3P2NO2F6。所述的锂盐为六氟磷酸锂、双氟代磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、碘化锂、四氟草酸磷酸锂、双四氟磷酰亚胺锂中的一种或多种。所述的非质子型溶剂为丙酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸丁酯、乙腈、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、环丁砜、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯中的一种或几种。所述的添加剂包括碳酸乙烯亚乙酯、三(三甲基硅烷基)磷酸酯、三烯丙基磷酸酯、三丙炔基磷酸酯、甲烷二磺酸亚甲酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、六亚甲基二异氰酸酯、丁二腈、己二腈、丁二酸酐、1-丙基磷酸酐中的一种或几种。以电解液的总质量为基准,所述具有结构式Ⅰ的双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐所占质量百分比为0.01~25%,所述的锂盐所占质量百分比为0.01~25%,所述的非质子型溶剂所占质量百分比为30~99.97%,所述的添加剂所占质量百分比为0.01~20%。一种锂离子电池,该锂离子电池包括电池壳体、电芯和电解液,所述电芯和电解液密封在电池壳体内,所述电芯包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的隔膜或固态电解质层,所述电解液为任意一项所述的电解液。所述的负极活性材料含有锂、硅材料、碳材料中的一种或几种。所述的正极活性材料为LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2、LiCoxL(1-x’)O2、LiNixLyMn(2-x”-y’)O4和Liz’MPO4中的的一种或几种;其中L为Co、Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si和Fe中的至少一种;M为Fe、Mn和Co中的至少一种;0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤x+y+z≤1,0≤x’≤1,0.3≤x”≤0.6,0.01≤y’≤0.2,0.5≤z’≤1。所述的负极材料包括单质锂金属、合金锂、碳材料;所述合金锂为锂与铝、锌、硅、锡、镓、锑中的一种或几种的合金;所述碳材料为天然石墨、石墨化焦炭、石墨化MCMB、石墨化中间相沥青碳纤维中的一种或几种。本专利技术的有益效果:本专利技术通过在包含锂盐的锂二次电池的电解液中添加占电解液总质量0.01~25%的结构式I化合物,可以降低电池的内阻,提高电导率,形成优良的固体电解质界面膜,使其电池具备更好的低温性能、高温性能、倍率性能和循环寿命。具体实施方式为了便于理解本专利技术,下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是,本专利技术可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。实施例及对比例中所采用原料均通过商购得到。实施例1双(三氟氧化磷烷基)亚胺锂的制备首先加入450重量份的乙二醇二甲醚,同时使用惰性气体保护,再加入150重量份的LiPF6,升温到90℃,匀速滴加200重量份的硅胺,搅拌使其充分反应,反应时间为6h。反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,加入300重量份的碳酸甲乙烯酯溶解过滤,获得双四氟磷酰亚胺锂溶液,溶液升温至40℃,匀速滴加180重量份的三甲基硅醇锂,反应5h,反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,干燥后得到双(三氟氧化磷烷基)亚胺锂Li3P2NO2F6。实施例2双(三氟氧化磷烷基)亚胺铯的制备首先加入600重量份的乙二醇二甲醚,同时使用惰性气体保护,再加入150重量份的CsPF6,升温到100℃,匀速滴加180重量份的硅胺,搅拌使其充分反应,反应时间为7h。反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,加入300重量份的碳酸甲乙烯酯溶解过滤,获得双四氟磷酰亚胺铯溶液,溶液升温至40℃,匀速滴加180重量份的三甲基硅醇铯,反应4h,反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,干燥后得到双(三氟氧化磷烷基)亚胺铯Cs3P2NO2F6。实施例3双(三氟氧化磷烷基)亚胺钾的制备首先加入330重量份的乙二醇二甲醚,同时使用惰性气体保护,再加入120重量份的KPF6,升温到80℃,匀速滴加160重量份的硅胺,搅拌使其充分反应,反应时间为5h。反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,加入300重量份的碳酸甲乙烯酯溶解过滤,获得双四氟磷酰亚胺钾溶液,溶液升温至40℃,匀速滴加160重量份的三甲基硅醇钾,反应3h,反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,干燥后得到双(三氟氧化磷烷基)亚胺钾K3P2NO2F6。实施例4双(三氟氧化磷烷基)亚胺钠的制备首先加入450重量份的乙二醇二甲醚,同时使用惰性气体保护,再加入180重量份的NaPF6,升温到110℃,匀速滴加190重量份的硅胺,搅拌使其充分反应,反应时间为6h。反应结束后,减压蒸馏去除溶剂,加入300重量份的碳酸甲乙烯酯溶解过滤,获得双四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液,其特征在于,该电解液含有锂盐、非质子型有机溶剂、添加剂、双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐,所述双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐为具有结构式Ⅰ的化合物:/n

【技术特征摘要】
1.一种含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液,其特征在于,该电解液含有锂盐、非质子型有机溶剂、添加剂、双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐,所述双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐为具有结构式Ⅰ的化合物:



其中M选自Li,Na,K,Cs中的一种或多种的组合。


2.根据权利要求1所述含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液,其特征在于,所述的锂盐为六氟磷酸锂、双氟代磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、碘化锂、四氟草酸磷酸锂、双四氟磷酰亚胺锂中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液,其特征在于,所述的非质子型溶剂为丙酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸丁酯、乙腈、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、环丁砜、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液,其特征在于,所述的添加剂包括碳酸乙烯亚乙酯、三(三甲基硅烷基)磷酸酯、三烯丙基磷酸酯、三丙炔基磷酸酯、甲烷二磺酸亚甲酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、六亚甲基二异氰酸酯、丁二腈、己二腈、丁二酸酐、1-丙基磷酸酐中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述含有双(三氟氧化磷烷基)亚胺盐的电解液,其特征在于,以电解液的总质...

【专利技术属性】
技术研发人员:万广聪程梅笑申海鹏孙春胜郭营军
申请(专利权)人:香河昆仑化学制品有限公司
类型:发明
国别省市:河北;13

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