一种石墨负极PC基电解液及其制备方法、锂离子电池和应用技术

本发明专利技术提供一种石墨负极PC基电解液及其制备方法、锂离子电池和应用。所述电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括石墨基成膜添加剂和抑制PC共嵌添加剂，所述石墨基成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯，所述PC共嵌添加剂包括如式1所示的苯系类化合物，其中，R

【技术实现步骤摘要】
一种石墨负极PC基电解液及其制备方法、锂离子电池和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池，涉及一种石墨负极PC基电解液及其制备方法、锂离子电池和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种二次电池，主要是通过锂离子在含锂过渡氧化物和贫锂石墨材料之间的嵌入和脱出实现能量的储存和释放。在电池首次充放电过程中电解液与石墨基负极反应，在石墨负极表面上形成一层能够满足锂离子自由进出电极，并使溶剂分子无法穿越的SEI膜，从而阻止了溶剂分子共嵌对石墨基材料的破坏，保证了电池能够正常工作。
[0003]近年来，随着锂电池应用场景的多样化发展，人们对锂电池的循环和高低温性能等要求越来越高，为此，人们常通过在电解液中添加介电常数大、熔点低(
‑
48.8℃)、沸点高(242℃)的碳酸丙烯酯(PC)和粘度低、熔点低的链状碳酸酯类溶剂的方式，提升锂电池的高低温性能。然而，以PC溶剂与石墨负极不兼容，首次充放电过程中PC和溶剂化的锂离子会共嵌入到石墨层间结构中，致使石墨结构破坏，严重影响电池性能。
[0004]CN103022560A公开了一种以丙烯酸酯为基础溶剂的有机电解液，组分包括丙烯酸碳酸酯、链状碳酸酯、六氟磷酸锂、成膜稳定剂和高温稳定，以丙烯碳酸酯为基础溶剂的有机电解液，是一种低温有机电解液，电解液适用于非石墨基负极锂离子电容器。
[0005]CN101931096A公开丙烯酸酯基低温有机电解液及其应用，有机电解液组分包括溶剂、溶质六氟磷酸锂，溶剂为环状酯丙烯碳酸酯、链状碳酸酯和链状羧酸酯的混合物，以丙烯酸酯为基础溶剂的低温有机电解液适用于非石墨基负极锂离子电容器。
[0006]目前，虽然也有一些使用PC基溶剂的专利，如CN103022560A、CN101931096A，但这些专利并没有解决PC与石墨共嵌问题，使得该电解液无法真正应用于石墨基材料的电池体系中，为此寻求一种能够抑制PC共嵌入石墨的电解液，对改善锂离子电池的高低温性能具有重要意义。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨负极PC基电解液及其制备方法、锂离子电池和应用，改善了锂离子电池的高低温性能。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种石墨负极PC基电解液，所述电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括石墨基成膜添加剂和抑制PC共嵌添加剂，所述石墨基成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯，所述PC共嵌添加剂包括如式1所示的苯系类化合物，
其中，R
1～6
基团分别独立地包括H、F或C基取代物中的任意一种。
[0010]本专利技术中PC基电解液是含有介电常数大、熔点低(
‑
48.8℃)、沸点高(242℃)的碳酸丙烯酯，以PC溶剂与石墨负极不兼容，首次充放电过程中PC和溶剂化的锂离子会共嵌入到石墨层间结构中，致使石墨结构破坏，严重影响电池性能。本专利技术通过选择合适的抑制PC共嵌石墨基的添加剂和成膜添加剂，本专利技术在石墨负极体系中采用PC作为溶剂，通过在电解液中添加低未占据轨道能量的苯系类化合物作为抑制PC共嵌的添加剂，使得在首次充放电过程中苯系类化合物更容易得到电子优先于PC在石墨表面还原形成阻止PC和其它溶剂化锂离子共嵌入石墨层状结构的SEI膜。与此同时，在石墨基负极成膜添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)与苯系类化合物的相互协同作用下，促使负极界面生成更加稳定的SEI膜，有效解决了PC与石墨不兼容问题，提高了电池初始放电容量和循环寿命。
[0011]作为本专利技术优选的技术方案，所述苯系类化合物包括四氟苯和/或六氟苯，优选为六氟苯。
[0012]优选地，所述石墨基成膜添加剂还包括硫酸亚乙酯和/或碳酸亚乙烯酯。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，以所述电解液的质量为100％计，所述石墨基成膜添加剂的质量分数为1～10％，其中所述质量分数可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述抑制PC共嵌添加剂的质量分数为1～5％，其中所述质量分数可以是1％、2％、3％、4％或5％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，所述有机溶剂包括碳酸丙烯酯和链状碳酸酯。
[0016]优选地，所述链状碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或氟代链状碳酸酯中的任意一种或至少两种的组合，优选为碳酸甲乙酯。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，以所述电解液的质量为100％计，所述碳酸丙烯酯占所述电解液的质量分数为20～50％，其中所述质量分数可以是20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述链状碳酸酯占所述电解液的质量分数为40～60％，其中所述质量分数可以是40％、42％、44％、46％、48％、50％、52％、54％、56％、58％或60％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂或四氟硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实
例有：六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的组合、二氟草酸硼酸锂和双氟磺酰亚胺锂优选为六氟磷酸锂。
[0020]优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述锂盐占所述电解液的质量分数为10～15％，其中所述质量分数可以是10％、11％、12％、13％、14％或15％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]本专利技术的目的之二在于提供一种如目的之一所述的石墨负极PC基电解液的制备方法，所述制备方法包括：
[0022]在惰性气氛下，对有机溶剂进行脱水处理后，加入锂盐溶解完全后再加入添加剂，得到所述电解液。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，所述惰性气氛包括氩气气氛。
[0024]优选地，所述惰性气氛的水分<1ppm，其中所述水分可以是0、0.1ppm、0.2ppm、0.4ppm、0.6ppm、0.8ppm或0.9ppm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]本专利技术中脱水处理地方法包括分子筛搅拌吸水法。
[0026]优选地，所述脱水处理的时间≥5h，其中所述时间可以是5h、6h、7h、8h、9h或10h等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0027]优选地，所述脱水处理中搅拌的频率为1次/20min～1次/40min，其中所述频率可以是1次/20min、1次/22min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨负极PC基电解液，其特征在于，所述电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括石墨基成膜添加剂和抑制PC共嵌添加剂，所述石墨基成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯，所述PC共嵌添加剂包括如式1所示的苯系类化合物，其中，R
1～6
基团分别独立地包括H、F或C基取代物中的任意一种。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述苯系类化合物包括四氟苯和/或六氟苯，优选为六氟苯；优选地，所述石墨基成膜添加剂还包括硫酸亚乙酯和/或碳酸亚乙烯酯。3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，以所述电解液的质量为100％计，所述石墨基成膜添加剂的质量分数为1～10％；优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述抑制PC共嵌添加剂的质量分数为1～5％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括碳酸丙烯酯和链状碳酸酯；优选地，所述链状碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或氟代链状碳酸酯中的任意一种或至少两种的组合，优选为碳酸甲乙酯。5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，以所述电解液的质量为100％计，所述碳酸丙烯酯占所述电解液的质量分数为20～50％；优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述链状碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小康，冀亚娟，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：