一种非水电解液、含有该非水电解液的电池及含有该电池的车辆制造技术

技术编号:25893111 阅读:25 留言:0更新日期:2020-10-09 23:38
本发明专利技术公开了一种非水电解液、含有该非水电解液的电池以及含有该电池的车辆,该非水电解液包括锂盐、有机溶剂和第一添加剂,第一添加剂的分子结构中同时含有吡啶和酯基两种功能官能团,且分布在结构式的两端。将该电解液应用于电池,该添加剂能够同时在正极和负极表面成膜,并且电池在高电压4.95V下仍然表现出良好的循环性能,因而,较之添加现有技术的成膜添加剂,电解液表现出更好的高温稳定性和高压稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液、含有该非水电解液的电池及含有该电池的车辆
本专利技术涉及非水电解液领域,具体地,涉及一种非水电解液,含有该非水电解液的电池,以及含有该电池的车辆。
技术介绍
自20世纪90年代至今,锂离子二次电池从诞生达到了迅速的发展。一般来说,非水溶质的锂离子电池包括锂负极、溶于有机溶剂中的锂盐以及电化学活性正极材料。在充电过程中,锂离子从正极通过电解液迁移至负极,而在放电过程中其流向相反。近年来,高能量密度的二次锂离子电池成为人们关注的对象,因此,人们也注意到一些可以作为二次锂电池使用的新型活性材料。动力电池的不断改革更新下,更高能量密度,更高应用电压的电池材料越来越多的被重视,而与高能量密度电极材料匹配的电解液也成为重中之重,电池高电压下运行的问题在于电解液会与正极界面存在寄生反应(普遍为氧化分解反应),从而导致电池的寿命衰减。提升电解液氧化分解电位以及正极表面成膜阻碍电解液在正极界面影响下的分解是目前一直在不断研究的重点,前者主要是靠寻求新型溶剂或添加剂,提升整个电解液体系的氧化稳定性,从而减少或降低电解液的副反应,进而提升电解液整体的稳定性,降低氧化反应则将降低了电解液的分解,保证了电解液在循环过程中的足够性,因而提升了电池寿命;后者多为添加剂类型的电解液,选择一种或几种牺牲型的添加剂,可在电解液发生分解之前预先正极表面发生氧化分解反应行成一层可以阻碍电解液与正极发生副反应的的膜层,阻碍电解液的进一步分解,以此来提升电池的寿命。新型高电压电解液的研究众多,多以新型溶剂替换现有体系,存在一定的问题,如电导率低,或有粘度大等缺点,而应用添加剂改善也是一个很好地折衷,目前大多添加剂都以提高整个电解液体系的氧化分解电位为出发点,因而会存在电解液中少量溶剂在高电位下依然会被氧化分解的可能,从而造成电解液最终还是被消耗殆尽,造成电池循环过程中发生容量跳水。而正极成膜型添加剂也存在此类缺点,膜层由于与电解液接触会受到电解液的侵蚀造成破损。
技术实现思路
为解决上述问题,本申请提供了一种非水电解液,该非水电解液包括锂盐、第一有机溶剂和第一添加剂,所述第一添加剂具有如下结构式:式中,R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、烷基、卤代烷基、烷氧基、卤素原子中的一种;R5选自烷基、卤代烷氧基、苯基和卤代苯基中的一种;其中,所述卤素为F、Cl、Br、I;n=0~5,且为整数。可选的,所述R1、R2、R3、R4各自独立地选自碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的卤代烷基、碳原子数为1~5的烷氧基、;R5选自碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的卤代烷基、苯基和卤代苯基中的一种。可选的,所述第一添加剂为4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苯基三氟乙酸酯、4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苯基三氟丙酸酯、4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苯基三甲基乙酸酯、4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苄基三氟乙酸酯和4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苄基三氟丙酸酯中的一种或多种。可选的,以所述非水电解液的总质量为基准,所述的添加剂的含量为0.1%-10%。可选的,所述非水电解液还含有第二添加剂,所述第二添加剂包括1,3丙烷磺内酯、1,4丁烷磺内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、双草酸硼酸里,双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种。可选的,以所述非水电解液的总质量为基准,所述第二添加剂的含量为0.05%-20%。可选的,所述第一有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯、磺内酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、甲硫醚、二乙基亚硫酸酯、甲酸甲酯、丙烯酸甲酯、丁酸甲酯和乙酸乙酯中的一种或几种。可选的,所述锂盐选自LiBOB、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO4、LiAsF6、LiAlCl4、LiCl、LiI和低脂肪酸碳酸锂中的一种或几种,所述锂盐的浓度为0.3-3mol/L。本专利技术的第二目的提供了一种电池,所述电池包括电池壳体以及密封在电池壳体内的电芯和非水电解液,所述电芯包括正极、负极及隔膜,其特征在于,所述非水电解液为上述非水电解液。本专利技术的第三个目的提供了一种车辆,该车辆含有上述电池。与现有技术相比,本专利技术具有的有益效果为:在非水电解液中添加本专利技术所述的第一添加剂,将该非水电解液应用到电池中,电池高电压4.95V下表现出良好的循环性能,可同时在正极和负极表面成膜,且所述第一添加剂的结构还能阻止电解液及其他有害物质与膜层的接触,可更加有效的降低电解液的劣化,保护正极和负极不受影响,保证电解液的含量和电极材料的稳定性,从而提升电池寿命。具体实施方式本申请提供了一种非水电解液,该非水电解液含有锂盐、第一有机溶剂和第一添加剂,所述第一添加剂具有如下结构式:式中,R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、烷基、卤代烷基、烷氧基、卤素原子中的一种;R5选自烷基、卤代烷氧基、苯基和卤代苯基中的一种;其中,所述卤素为F、Cl、Br、I;n=0~5,且为整数。本专利技术使用的第一添加剂分子结构中同时含有吡啶和酯基两种功能官能团,且分布在结构的两端。这类添加剂能够优先于溶剂在电极上发生氧化还原。当一端的酯基在负极上被还原成膜时,另一端未发生反应的吡啶部分可以有效阻止电解液溶剂分子靠近负极,同时能够络合过渡金属离子和酸性物质,防止其在负极上沉积和破坏活性材料。当一端的吡啶在正极上被氧化成膜时,另一端未发生反应的酯基部分也可以有效阻止电解液溶剂分子靠近正极以及消耗体系中产生的氢氟酸(HF),从而阻隔了电解液与正负极膜层的接触,保护了正负极膜层,抑制了电解液的分解,有效提升了电池循环寿命。根据本申请提供的非水电解液,所述第一添加剂的结构式中,R1、R2、R3、R4可以相同,也可以不同,本申请不作特殊限定。当R1、R2、R3、R4各自独立的选自烷基时,可以是链状卤代烷基,也可以是环状烷基,链状烷基可以为支链也可以为直链;优选的,选择碳原子数为1-5的烷基,作为烷基的实例,具体可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、正戊基、异戊基等,申请的专利技术经过多次实验发现,当烷基进一步优选的,为甲基、乙基和丙基中的一种时,所述第一添加剂的成膜性能更佳。当R1、R2、R3、R4各自独立的选自卤代烷基时,可以是链状卤代烷基,也可以是环状卤代烷基,链状卤代烷基可以为支链也可以为直链;优选的,选择碳原子数为1-5的卤代烷基,进一步优选的,卤代烷基为卤代甲基、卤代乙基,本申请的专利技术人经过多次实验发现,碳链长度跟溶解度有关,碳链越长,表明添加剂的非极性程度越高,而电解液本身是高极性的,根据相似相溶的原理,添加剂的碳链长度过长,添加剂的溶解度会变差;卤原子对烷基取代时,可以对全部氢原子或者部分氢原子取代。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种非水电解液,其特征在于,包括锂盐、第一有机溶剂和第一添加剂,所述第一添加剂具有如下结构式:/n

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液,其特征在于,包括锂盐、第一有机溶剂和第一添加剂,所述第一添加剂具有如下结构式:



式中,R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、烷基、卤代烷基、烷氧基、卤素原子中的一种;R5选自烷基、卤代烷氧基、苯基和卤代苯基中的一种;其中,所述卤素为F、Cl、Br、I;n=0~5,且为整数。


2.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,所述R1、R2、R3、R4各自独立地选自碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的卤代烷基、碳原子数为1~5的烷氧基、;R5选自碳原子数为1~5的烷基、碳原子数为1~5的卤代烷基、苯基和卤代苯基中的一种。


3.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,所述第一添加剂为4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苯基三氟乙酸酯、4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苯基三氟丙酸酯、4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苯基三甲基乙酸酯、4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苄基三氟乙酸酯和4-(3,5-二甲基吡啶-4-基)苄基三氟丙酸酯中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,以所述非水电解液的总质量为基准,所述的添加剂的含量为0.1%-10%。


5.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于,所述非水电解液还含有第二添加剂,所述第二添加剂包括1,3丙烷磺...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈培兴乔飞燕潘仪
申请(专利权)人:比亚迪股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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