專利名稱:一種非水有機電解液、包含它的鋰離子二次電池及其制備方法和終端通訊設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及鋰離子二次電池領(lǐng)域,特別是涉及一種非水有機電解液、包含它的鋰離子二次電池及其制備方法和終端通訊設(shè)備。
背景技術(shù):
鋰離子電池是由正、負電極和電解液組成,通過Li+嵌入和脫出正負電極材料進行能量交換的一種可充放電的高能電池。隨著鋰離子二次電池應(yīng)用領(lǐng)域的擴展,包括近年來大型儲能電站、高溫基站備電等新的應(yīng)用場景的引入,特別是高能量正極材料的陸續(xù)研發(fā)和應(yīng)用,人們對具有高能量鋰離子二次電池的需求變得更加迫切。
為了實現(xiàn)鋰離子二次電池的高能量,一般選擇具有高容量或者高嵌脫平臺的正極活性材料來實現(xiàn)。然而,在滿充電高電壓電池體系中,電解液容易在電極表面發(fā)生副反應(yīng), 特別是正極活性物質(zhì)上的非水有機電解液的氧化分解反應(yīng)。高電壓高溫存儲過程中,鋰離子二次電池的性能易趨于老化。這主要是因為在長時間的高電壓和高溫(45 60°C )下, 鋰離子二次電池碳負極表面覆蓋的有機固體電解質(zhì)界面(SEI)膜因電化學(xué)能量和熱能影響而被分解,這種分解隨著時間的推移而增加。
隨著SEI膜逐漸被破壞,非水有機電解液中的碳酸酯溶劑與由于SEI膜的破壞而暴露的碳負極表面發(fā)生連續(xù)的副反應(yīng)并不斷地產(chǎn)生氣體,所產(chǎn)生的氣體包括來自碳酸酯溶劑分解的CO、CO2, CH4和C2H6等。這取決于所使用的非水有機電解液與碳負極活性物質(zhì)的類型。產(chǎn)生的氣體會引起電池內(nèi)部壓力增加,使電池膨脹,電池性能惡化嚴重,甚至電池失效無法正常工作。
常規(guī)鋰離子二次電池現(xiàn)有技術(shù)中的電解液為4. 2V系統(tǒng),遠不能夠滿足4. 8V及以上高電壓鋰離子二次電池用。因此,提供能夠滿足高電壓鋰離子二次電池用的非水有機電解液、包含它的鋰離子二次電池及其制備方法和終端通訊設(shè)備意義重大。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題,本發(fā)明實施例第一方面旨在提供一種非水有機電解液,該非水有機電解液具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性,可以抑制高電壓下電解液溶劑的分解以及高溫下鋰離子二次電池存儲時的產(chǎn)氣膨脹,能夠滿足4. 8V及以上高電壓鋰離子二次電池用。本發(fā)明實施例第二方面旨在提供一種包含上述非水有機電解液的鋰離子二次電池,該鋰離子二次電池在充電到4. 8V及以上高電壓時仍具有良好的高溫儲存特性和安全性。本發(fā)明實施例第三方面旨在提供包含上述非水有機電解液的鋰離子二次電池的制備方法。
第一方面,本發(fā)明實施例提供了一種非水有機電解液,包括
(1)鋰鹽;
(2)非水有機溶劑,非水有機溶劑包含Y -丁內(nèi)酯和式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合
權(quán)利要求
1. 一種非水有機電解液,其特征在于,包括(1)鋰鹽;(2)非水有機溶劑,非水有機溶劑包含Y-丁內(nèi)酯和式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物,式⑴,其中X1選自C、s或P基團,Y1選自0、CH2或CH2CH2基團,Rl、R2、R3和R4獨立地選自氫基、鹵素、氰基、硝基和具有一個碳到六個碳的部分鹵代或者全鹵代的碳鏈或者醚類基團; (3)式(II)所示的不飽和環(huán)狀酯化合物,式(II),其中&選自C或S基團,t選自0、CH2或CH2CH2基團,R5和R6獨立地選自氫基、鹵素、 氰基、硝基和具有一個碳到六個碳的部分鹵代或者全鹵代的碳鏈或者醚類基團;以及 (4)式(III)所示的二腈化合物, NC-R7-CN 式(III),R7為含碳數(shù)量為1 15的烴基或烴基衍生物。
2.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,所述式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、磺酸乙基酯、磺酸丙基酯、磷酸乙基酯、磷酸丙基酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙二醇酯、二氟代碳酸丙二醇酯、三氟代丙二醇酯、氟代Y-丁內(nèi)酯、 二氟代Y-丁內(nèi)酯、氯代碳酸丙二醇酯、二氯代碳酸丙二醇酯、三氯代丙二醇酯、氯代Y-丁內(nèi)酯、二氯代Y-丁內(nèi)酯、溴代碳酸丙二醇酯、二溴代碳酸丙二醇酯、三溴代丙二醇酯、溴代 Y-丁內(nèi)酯、二溴代Y-丁內(nèi)酯、硝基碳酸丙二醇酯、硝基Y-丁內(nèi)酯、氰基碳酸丙二醇酯、 氰基Y-丁內(nèi)酯、氟代磺酸乙基酯、氟代磺酸丙二醇酯、二氟代磺酸丙二醇酯、三氟代丙二醇磺酸酯、氟代Y-丁內(nèi)磺酸酯、二氟代Y-丁內(nèi)磺酸酯、氯代磺酸丙二醇酯、二氯代磺酸丙二醇酯、三氯代丙二醇磺酸酯、氯代Y-丁內(nèi)磺酸酯、二氯代Y-丁內(nèi)磺酸酯、溴代磺酸丙二醇酯、二溴代磺酸丙二醇酯、三溴代丙二醇磺酸酯、溴代Y-丁內(nèi)磺酸酯、二溴代Y-丁內(nèi)磺酸酯、硝基磺酸丙二醇酯、硝基Y-丁內(nèi)磺酸酯、氰基磺酸丙二醇酯、氰基Y-丁內(nèi)磺酸酯、氟代磷酸乙基酯、氟代磷酸丙二醇酯、二氟代磷酸丙二醇酯、三氟代丙二醇磷酸酯、氟代Y-丁內(nèi)磷酸酯、二氟代Y-丁內(nèi)磷酸酯、氯代磷酸丙二醇酯、二氯代磷酸丙二醇酯、三氯代丙二醇磷酸酯、氯代Y-丁內(nèi)磷酸酯、二氯代Y-丁內(nèi)磷酸酯、溴代磷酸丙二醇酯、二溴代磷酸丙二醇酯、三溴代丙二醇磷酸酯、溴代Y-丁內(nèi)磷酸酯、二溴代Y-丁內(nèi)磷酸酯、硝基磷酸丙二醇酯、硝基Y-丁內(nèi)磷酸酯、氰基磷酸丙二醇酯、氰基Y-丁內(nèi)磷酸酯、以上各物質(zhì)支鏈一個碳到六個碳的部分鹵代或者全鹵代的碳鏈或者醚類基團飽和環(huán)狀酯化物的衍生物中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,所述式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物在非水有機溶劑中所占的體積分數(shù)為5 50%。
4.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,所述非水有機溶劑中Y-丁內(nèi)酯和式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物的體積比為1 10 1。
5.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,所述式(II)所示的不飽和環(huán)狀酯化合物為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸亞乙烯酯、二氟代碳酸亞乙烯酯、氯代碳酸亞乙烯酯、 二氯代碳酸亞乙烯酯、溴代碳酸亞乙烯酯、二溴代碳酸亞乙烯酯、硝基亞乙烯酯、氰基碳酸亞乙烯酯、磺酸亞乙烯酯、氟代磺酸亞乙烯酯、二氟代磺酸亞乙烯酯、氯代磺酸亞乙烯酯、二氯代磺酸亞乙烯酯、溴代碳酸亞乙烯酯、二溴代磺酸亞乙烯酯、硝基亞乙烯磺酸酯、氰基磺酸亞乙烯酯、磷酸亞乙烯酯、氟代磷酸亞乙烯酯、二氟代磷酸亞乙烯酯、氯代磷酸亞乙烯酯、 二氯代磷酸亞乙烯酯、溴代磷酸亞乙烯酯、二溴代磷酸亞乙烯酯、硝基亞乙烯磷酸酯、氰基磷酸亞乙烯酯、4-乙烯基-4-甲基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-4-乙基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-4-丙基-1,3-二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-5-甲基_1,3-二氧戊環(huán)-2 酮、4-乙烯基-5-乙基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-5-丙基-1,3- 二氧戊環(huán)_2酮及其支鏈一個碳到六個碳的部分鹵代或者全鹵代的碳鏈或者醚類基團不飽和環(huán)狀酯化物的衍生物中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,按質(zhì)量分數(shù)計,所述式(II)所示的不飽和環(huán)狀酯化合物占非水有機溶劑的0. 5 5%。
7.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,所述二腈化合物為丁二腈、戊二腈、己二腈、1,5- 二氰基戊烷、1,6- 二氰基己烷、1,7- 二氰基庚烷1,8- 二氰基辛烷、1,9- 二氰基壬烷、1,10- 二氰基癸烷、1,12- 二氰基十二烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,4_ 二甲基戊二腈、2,2,4,4-0甲基戊二腈、2,5- 二甲基-2,5-己烷二腈、1,2- 二氰基苯、1,3- 二氰基苯、1,4- 二氰基苯及以上各物質(zhì)的鹵代、硝基取代的二腈衍生物中的一種或幾種。
8.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,按質(zhì)量分數(shù)計,所述二腈化合物占非水有機溶劑的0.5 10%。
9.如權(quán)利要求1所述的非水有機電解液,其特征在于,所述非水有機電解液中還包括雙草酸硼酸鋰。
10.如權(quán)利要求9所述的非水有機電解液,其特征在于,按質(zhì)量分數(shù)計,所述雙草酸硼酸鋰占非水有機溶劑的0. 5 5%。
11.一種鋰離子二次電池,其特征在于,包括正極,正極包括能嵌入或脫出鋰離子的正極活性材料,正極活性材料為尖晶石結(jié)構(gòu)材料LiMnxNiyO4和層狀固溶體材料ZLi2MnO3* (1-z) LiMO2的混合體,其通式表達為ρ (LiMnxNiyO4) *q [ZLi2MnO3* (1-z) LiMO2](0<p<l,0<q<l,p+q=l;0<x<2,0<y<l,x+y = 2;0<z<l,M 可以選擇 Co、Ni);負極,負極包括能嵌入或脫出鋰離子的負極活性材料; 非水有機電解液,包括(1)鋰鹽;(2)非水有機溶劑,非水有機溶劑包含Y-丁內(nèi)酯和式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物,
12.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,所述式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、磺酸乙基酯、磺酸丙基酯、磷酸乙基酯、磷酸丙基酯、 氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙二醇酯、二氟代碳酸丙二醇酯、三氟代丙二醇酯、氟代Y-丁內(nèi)酯、二氟代Y-丁內(nèi)酯、氯代碳酸丙二醇酯、二氯代碳酸丙二醇酯、三氯代丙二醇酯、氯代 Y-丁內(nèi)酯、二氯代Y-丁內(nèi)酯、溴代碳酸丙二醇酯、二溴代碳酸丙二醇酯、三溴代丙二醇酯、溴代Y-丁內(nèi)酯、二溴代Y-丁內(nèi)酯、硝基碳酸丙二醇酯、硝基Y-丁內(nèi)酯、氰基碳酸丙二醇酯、氰基Y-丁內(nèi)酯、氟代磺酸乙基酯、氟代磺酸丙二醇酯、二氟代磺酸丙二醇酯、三氟代丙二醇磺酸酯、氟代Y-丁內(nèi)磺酸酯、二氟代Y-丁內(nèi)磺酸酯、氯代磺酸丙二醇酯、二氯代磺酸丙二醇酯、三氯代丙二醇磺酸酯、氯代Y-丁內(nèi)磺酸酯、二氯代Y-丁內(nèi)磺酸酯、溴代磺酸丙二醇酯、二溴代磺酸丙二醇酯、三溴代丙二醇磺酸酯、溴代Y-丁內(nèi)磺酸酯、二溴代Y-丁內(nèi)磺酸酯、硝基磺酸丙二醇酯、硝基Y-丁內(nèi)磺酸酯、氰基磺酸丙二醇酯、氰基Y-丁內(nèi)磺酸酯、氟代磷酸乙基酯、氟代磷酸丙二醇酯、二氟代磷酸丙二醇酯、三氟代丙二醇磷酸酯、氟代Y-丁內(nèi)磷酸酯、二氟代Y-丁內(nèi)磷酸酯、氯代磷酸丙二醇酯、二氯代磷酸丙二醇酯、三氯代丙二醇磷酸酯、氯代Y-丁內(nèi)磷酸酯、二氯代Y-丁內(nèi)磷酸酯、溴代磷酸丙二醇酯、二溴代磷酸丙二醇酯、三溴代丙二醇磷酸酯、溴代Y-丁內(nèi)磷酸酯、二溴代Y-丁內(nèi)磷酸酯、硝基磷酸丙二醇酯、硝基Y-丁內(nèi)磷酸酯、氰基磷酸丙二醇酯、氰基Y-丁內(nèi)磷酸酯、以上各物質(zhì)支鏈一個碳到六個碳的部分商代或者全商代的碳鏈或者醚類基團飽和環(huán)狀酯化物的衍生物中的一種或幾種。
13.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,所述式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物在非水有機溶劑中所占的體積分數(shù)為5 50%。
14.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,所述非水有機溶劑中Y-丁內(nèi)酯和式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物的體積比為1 10 1。
15.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,所述所述式(II)所示的不飽和環(huán)狀酯化合物為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸亞乙烯酯、二氟代碳酸亞乙烯酯、氯代碳酸亞乙烯酯、二氯代碳酸亞乙烯酯、溴代碳酸亞乙烯酯、二溴代碳酸亞乙烯酯、硝基亞乙烯酯、氰基碳酸亞乙烯酯、磺酸亞乙烯酯、氟代磺酸亞乙烯酯、二氟代磺酸亞乙烯酯、氯代磺酸亞乙烯酯、二氯代磺酸亞乙烯酯、溴代碳酸亞乙烯酯、二溴代磺酸亞乙烯酯、硝基亞乙烯磺酸酯、氰基磺酸亞乙烯酯、磷酸亞乙烯酯、氟代磷酸亞乙烯酯、二氟代磷酸亞乙烯酯、氯代磷酸亞乙烯酯、二氯代磷酸亞乙烯酯、溴代磷酸亞乙烯酯、二溴代磷酸亞乙烯酯、硝基亞乙烯磷酸酯、 氰基磷酸亞乙烯酯、4-乙烯基-4-甲基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-4-乙基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-4-丙基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-5-甲基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-5-乙基-1,3- 二氧戊環(huán)-2酮、4-乙烯基-5-丙基-1,3- 二氧戊環(huán)_2 酮及其支鏈一個碳到六個碳的部分商代或者全商代的碳鏈或者醚類基團不飽和環(huán)狀酯化物的衍生物中的一種或幾種。
16.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,按質(zhì)量分數(shù)計,所述式(II)所示的不飽和環(huán)狀酯化合物占非水有機溶劑的0. 5 5%。
17.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,所述二腈化合物為丁二腈、 戊二腈、己二腈、1,5-二氰基戊烷、1,6_ 二氰基己烷、1,7-二氰基庚烷1,8-二氰基辛烷、1, 9- 二氰基壬烷、1,10- 二氰基癸烷、1,12- 二氰基十二烷、四甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2, 4-二甲基戊二腈、2,2,4,4_四甲基戊二腈、2,5_ 二甲基-2,5-己烷二腈、1,2-二氰基苯、 1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯及以上各物質(zhì)的鹵代、硝基取代的二腈衍生物中的一種或幾種。。
18.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,按質(zhì)量分數(shù)計,所述二腈化合物占非水有機溶劑的0. 5 10%。
19.如權(quán)利要求11所述的鋰離子二次電池,其特征在于,所述非水有機電解液中還包括雙草酸硼酸鋰。
20.如權(quán)利要求19所述的鋰離子二次電池,其特征在于,按質(zhì)量分數(shù)計,所述雙草酸硼酸鋰占非水有機溶劑的0. 5 5%。
21.如權(quán)利要求11 19中任一權(quán)利要求所述的鋰離子二次電池的制備方法,其特征在于,包括以下步驟(1)制備非水有機電解液取Y-丁內(nèi)酯和式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物混合制得非水有機溶劑,加入式(II) 所示的不飽和環(huán)狀酯化合物和式(III)所示的二腈化合物,隨后加入鋰鹽,得到鋰離子二次電池非水有機電解液;其中X1選自C、s或P基團,Y1選自0、CH2或CH2CH2基團,Rl、R2、R3和R4獨立地選自氫基、鹵素、氰基、硝基和具有一個碳到六個碳的部分鹵代或者全鹵代的碳鏈或者醚類基團;
22.包含如權(quán)利要求11 19中任一權(quán)利要求所述鋰離子二次電池的終端通訊設(shè)備,其特征在于,包括通訊模塊和所述鋰離子二次電池,所述通訊模塊,用于實現(xiàn)通信功能,所述鋰離子二次電池為所述通訊模塊供電。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供了一種非水有機電解液、包含它的鋰離子二次電池及其制備方法和終端通訊設(shè)備。非水有機電解液,包括鋰鹽;非水有機溶劑,非水有機溶劑包含γ-丁內(nèi)酯和式(I)所示的飽和環(huán)狀酯化合物;式(II)所示的不飽和環(huán)狀酯化合物;以及式(III)所示的二腈化合物。該非水有機電解液具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性,可以抑制高電壓下電解液溶劑的分解以及高溫下鋰離子二次電池存儲時的產(chǎn)氣膨脹,滿足高電壓鋰離子二次電池用。鋰離子二次電池的正極活性材料為尖晶石結(jié)構(gòu)材料和層狀固溶體材料的混合體,配備上述非水有機電解液后在滿充電高電壓下使用具有良好的高溫儲存特性和安全性。
文檔編號H01M10/0525GK102522590SQ20111044105
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者丁杰 申請人:華為技術(shù)有限公司