本发明属于锂离子电池,尤其涉及一种耐高压溶剂、耐高压电解液和应用。
背景技术:
1、传统的锂电池电解液由溶剂、锂盐和添加剂组成,高电压体系下由于电解液某些组分不稳定易分解,持续在电极电解液界面反应,消耗活性锂,造成电池容量衰减,高温下电池衰减更为严重,高压下正极界面问题是影响电池性能的关键因素。
2、为解决上述问题,在设计电解液时通常会添加耐高压的溶剂,常用的耐高压溶剂主要有腈类溶剂、砜类溶剂、离子液体等,腈类、砜类溶剂存在与负极兼容性差,增大负极阻抗的风险,离子液体粘度大,价格高,应用相对较少。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种耐高压溶剂、耐高压电解液和应用,本发明中的耐高压溶剂具有高氧化稳定性及热稳定性,可有效提升电池高压、高温循环性能。
2、本发明提供一种耐高压溶剂,具有式i所示结构:
3、
4、式i中,r1和r2独立的选自氢、卤素、取代或未取代的c1~c12的烷基。
5、优选的,所述r1和r2独立的选自氢、卤素、取代或未取代的c1~c5的烷基。
6、优选的,所述耐高压溶剂具有式i-1~式i-4任意一项所示结构:
7、
8、本发明提供一种耐高压电解液,包括锂盐、第一溶剂和第二溶剂;
9、所述第一溶剂包括聚碳酸酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯和γ-丁内酯中的两种及以上;
10、所述第二溶剂为所述的耐高压溶剂;所述第二溶剂在所述耐高压电解液中的质量分数为5~15%。
11、优选的,所述耐高压电解液还包括氟代溶剂,所述氟代溶剂包括氟代碳酸乙烯、甲基三氟乙基碳酸酯、乙基三氟乙基碳酸酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、1,1,2,3,3,3-五氟丙基-2,2,2-三氟乙醚和1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或几种;所述氟代溶剂在所述耐高压电解液中的质量分数为2~15%。
12、优选的,所述第一溶剂中包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种与其他溶剂的混合溶剂;所述其他溶剂包括聚碳酸酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯和γ-丁内酯中的一种或几种。
13、优选的,所述耐高压电解液还包括低内阻成膜添加剂;所述低内阻成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、五氟环磷腈、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、硫酸乙烯酯、氟代硫酸乙烯酯、二联硫酸乙烯酯和二联亚硫酸乙烯酯中的一种或几种;所述低内阻成膜添加剂在所述耐高压电解液中的质量分数为0.1~8%。
14、优选的,所述锂盐包括六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的一种或几种;所述锂盐在所述耐高压电解液中的浓度为0.5~2.0mol/l。
15、本发明提供一种锂离子电池,包括正极、负极、隔膜和电解液,所述电解液为上文所述的耐高压电解液。
16、本发明提供如上文所述的耐高压溶剂或上文所述的耐高压电解液在高压电池体系中的应用;
17、所述高压电池体系中的充电截止电压>4.6v。
18、本发明提供了一种耐高压溶剂,具有式i所示结构,式i中,r1和r2独立的选自氢、卤素、取代或未取代的c1~c12的烷基。本发明以2,5-二氧杂己二酸二甲酯(dmdohd)为基础结构,但该溶剂的锂盐解离能力较差,降低电解液电导率,对低温及倍率性能恶化。且该溶剂在电极界面形成的sei膜膜阻抗较大,稳定性较差,无法有效的钝化电极,影响锂离子的传输,本发明中在2,5-二氧杂己二酸二甲酯中引入特定的官能团,能够在提高溶剂氧化性同时改善锂盐解离能力,优化低电导率对低温、倍率性能的影响。
19、本发明在电解液中引入该结构高压溶剂,会生成自由基参与形成sei膜,溶剂对界面的调控减少溶剂在正极氧化生成质子h,并抑制溶剂分解产生的质子h在负极还原,减少电池产气从而提高电池安全性能。
1.一种耐高压溶剂,具有式i所示结构:
2.根据权利要求1所述的耐高压溶剂,其特征在于,所述r1和r2独立的选自氢、卤素、取代或未取代的c1~c5的烷基。
3.根据权利要求1所述的耐高压溶剂,其特征在于,所述耐高压溶剂具有式i-1~式i-4任意一项所示结构:
4.一种耐高压电解液,包括锂盐、第一溶剂和第二溶剂;
5.根据权利要求4所述的耐高压电解液,其特征在于,所述耐高压电解液还包括氟代溶剂,所述氟代溶剂包括氟代碳酸乙烯、甲基三氟乙基碳酸酯、乙基三氟乙基碳酸酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、1,1,2,3,3,3-五氟丙基-2,2,2-三氟乙醚和1,2-双(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷中的一种或几种;所述氟代溶剂在所述耐高压电解液中的质量分数为2~15%。
6.根据权利要求4所述的耐高压电解液,其特征在于,所述第一溶剂中包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种与其他溶剂的混合溶剂;所述其他溶剂包括聚碳酸酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯和γ-丁内酯中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的耐高压电解液,其特征在于,所述耐高压电解液还包括低内阻成膜添加剂;所述低内阻成膜添加剂包括三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、五氟环磷腈、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、硫酸乙烯酯、氟代硫酸乙烯酯、二联硫酸乙烯酯和二联亚硫酸乙烯酯中的一种或几种;所述低内阻成膜添加剂在所述耐高压电解液中的质量分数为0.1~8%。
8.根据权利要求4所述的耐高压电解液,其特征在于,所述锂盐包括六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的一种或几种;所述锂盐在所述耐高压电解液中的浓度为0.5~2.0mol/l。
9.一种锂离子电池,包括正极、负极、隔膜和电解液,所述电解液为权利要求4~8任意一项所述的耐高压电解液。
10.如权利要求1~3任意一项所述的耐高压溶剂或权利要求4~8任意一项所述的耐高压电解液在高压电池体系中的应用;