一种安全型锂离子动力电池电解液及锂离子动力电池制造技术

本发明专利技术公开了一种安全型锂离子动力电池电解液及锂离子动力电池。所述电解液包含非水有机溶剂、锂盐、低阻抗成膜添加剂和过充保护添加剂，其中低阻抗成膜添加剂为二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯中至少一种，过充保护添加剂为含有苯环的芳香烃或氟代芳香烃化合物。当锂离子动力电池发生过度充电时，本发明专利技术中的过充保护添加剂可在电极表面发生氧化聚合或分解产气，瞬间增大电池内阻，阻断电池继续充电，有效避免电池发生燃烧和爆炸；同时，低阻抗成膜添加剂能在电极表面形成稳定的SEI膜，抑制过充保护添加剂与电极发生副反应，并降低电池内阻，进而改善动力电池长循环性能和输出特性。

Safe lithium ion power battery electrolyte and lithium ion power battery

The invention discloses a safe lithium ion power battery electrolyte and a lithium ion power battery. The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent, a lithium salt, low impedance film-forming additives and overcharge protection additives, wherein the low impedance film forming additive is at least one of the two lithium fluoride and sulfuric acid vinyl ester, overcharge protection additives containing benzene ring aromatic hydrocarbons or fluoro aromatic hydrocarbon compounds. When the lithium ion power battery over charge, the invention of overcharge protection additives on the electrode surface oxidation polymerization or decomposition gas, instantly increase the battery internal resistance, blocking the battery to continue charging, effectively prevent the occurrence of combustion and explosion of the battery; at the same time, the low impedance film-forming additives can form stable SEI film on the surface of the electrode, restrain additive and electrode charge protection side reaction, and reduce the internal resistance of the battery, thereby improving battery performance and output characteristics of long cycle.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及一种安全型锂离子动力电池电解液及锂离子动力电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长寿命和环境友好等优点，被广泛应用于3C数码产品、电动工具、电动汽车、航空航天等领域。特别是在电动汽车领域，2015年以来呈现爆发式增长。根据国家《节能与新能源汽车产业发展规划》，要求动力电池能量密度在2020年达到300Wh/Kg以上。电动汽车作为一种交通工具，其行驶里程、加速性能、爬坡能力和安全性能等都是受关注的重点，这些方面主要取决于作为关键部件的动力电池的性能。锂离子电池正极材料方面，三元材料(NCM、NCA)由于具有较高的克容量和压实密度，在能量密度方面优势显著，受到越来越多汽车生产厂商的青睐；另一个方向，相比较磷酸铁锂，磷酸锰铁锂正极材料具有等同的克容量和更高的电压平台(4.1V)，可显著提升动力电池能量密度指标。为达到上述规划中更高的动力电池能量密度要求，动力电池正极材料必然往高镍材料和高电位材料发展。然而，随着正极材料往高镍、高电位方向发展，对电解液的耐氧化性要求也越来越高，特别是在高温条件下，正极材料中金属离子容易加速电解液的催化分解，加快电池容量衰减，劣化电池充放电性能。另一方面，随着锂离子电池从小型数码领域向储能和动力领域的大规模应用，电池的安全问题变得日益突出。其中，过充是动力电池使用过程中最容易发生的安全问题，过充电会导致电池发生燃烧和爆炸等安全事故，在电解液领域，添加过充保护添加剂可以防止电池在过充电状态下发生燃烧和爆炸，增加电池安全性能。但是，部分过充保护添加剂与电解液溶剂体系互溶性较差，并且容易破坏石墨负极层状结构，虽然对电池安全性能具有显著的改善效果，却对动力电池循环、倍率和低温等常规电性能带来一定的负面影响。为了降低电解液在电极表面的反应活性，并减少过充保护添加剂的负面影响，添加适合的成膜添加剂和过充添加剂组合是改善动力电池综合性能行之有效的方法。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种安全型锂离子动力电池电解液及锂离子动力电池，动力电池电解液具有良好的成膜性能和过充保护性能，保证了动力电池的良好的循环、倍率与低温性能和高安全性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种安全型锂离子动力电池电解液，包括：非水有机溶剂、锂盐、低阻抗成膜添加剂和过充保护添加剂，其特征在于，所述低阻抗成膜添加剂为二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯中至少一种，过充保护添加剂为含有苯环的芳香烃或氟代芳香烃化合物。上述技术方案中，所述过充保护添加剂为具有式(1)所示结构的芳香烃或氟代芳香烃化合物：其中，X、Y为苯基、环己基、氟原子、氢原子、碳原子数为1～6的直链或支链烷基的任一种，X、Y在苯环上的位置为邻位、间位和对位的任一种。优选的，所述过充保护添加剂质量占所述电解液总质量0.5％～7.0％。优选的，所述低阻抗成膜添加剂质量占所述电解液总质量0.3％～5.0％。优选的，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状酯的混合物，所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或以上，所述链状酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯中的一种或以上。优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂和二氟草酸硼酸锂中的两种及以上的混合锂盐，三种锂盐的摩尔比为1:0～0.2:0～0.2。优选的，所述电解液还包含碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、丁二腈、己二腈、乙二醇双(丙腈)醚中的一种或以上。本专利技术还提供一种锂离子动力电池，包括正极极片、负极极片和以上所述的锂离子动力电池电解液，所述正极极片包括正极集流体和正极膜片，所述负极极片包括负极集流体和负极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2或LiAmBnPO4，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤m≤1，0≤n≤1且0≤x+y+z≤1，A、B代表Fe、Mn、Co或V；所述负极活性物质为人造石墨、天然石墨、钛酸锂或SiOw与石墨复合而成的硅碳复合材料。本专利技术的优点在于：1、本专利技术中成膜添加剂可在电极表面形成高稳定的SEI膜，以稳定电极材料结构，减少电极材料与电解液的反应活性，提升动力电池循环性能和高温性能；同时，所形成的SEI膜阻抗低，有利于改善锂离子电池内部动力学特性，提升动力电池功率输出与低温输出性能。2、本专利技术中的过充保护添加剂可在电极表面发生氧化聚合或分解产气，瞬间增大电池内阻，阻断电池继续充电，有效避免电池发生燃烧和爆炸；同时，低阻抗成膜添加剂和过充保护添加剂的配合使用，可有效降低电池内阻，避免了过充保护添加剂对动力电池循环、倍率和低温等常规电性能方面的负面影响。3、本专利技术采用多种导电锂盐组合作为电解液电解质，相比较LiPF6，双氟磺酰亚胺锂和二氟草酸硼酸锂等新型锂盐具有成膜稳定、兼顾高低温特性的优点，同时也有利于改善动力电池安全性能。附图说明图1为实施例1和对比例1的锂离子动力电池电解液制备的石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2动力电池直流内阻(DCIR)测试-放电曲线图。图2为实施例1和对比例1的锂离子动力电池电解液制备的石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2动力电池3C倍率放电测试-电池表面温度曲线图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步描述，本专利技术的实施包括但不限于以下实施方式。任何不偏离本
技术实现思路
的变化或替换能够为本领域的技术人员所理解，都应在本专利技术的保护范围以内。实施例1电解液配制步骤：在充满氩气的手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯按质量比为EC：DEC：EMC＝3：2：5进行混合，然后向混合溶液缓慢加入1.0mol/L的六氟磷酸锂和0.1mol/L的双氟磺酰亚胺锂，最后加入基于电解液总重量0.3wt％的二氟磷酸锂(LiPO2F2)、1wt％硫酸乙烯酯(DTD)、0.5wt％碳酸亚乙烯酯(VC)和2wt％邻三联苯(o-TP)，搅拌均匀后得到实施例1的锂离子电池电解液。将配制好的锂离子动力电池电解液注入经过充分干燥的石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2动力电池中，电池经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口后，进行常规分容。1)常温循环性能测试：在25℃下，将分容后的电池按1C恒流恒压充至4.20V，截止电流0.025C，然后按1C恒流放电至3.0V，依此循环，充/放电3000次循环后计算第3000周次循环容量保持率。计算公式如下：第3000次循环容量保持率(％)＝(第3000次循环放电容量/首次循环放电容量)×100％；2)-20℃/1C低温放电：在25℃下将电池按1.0C充放电一次，截止电流0.025C，记录25℃下1C放电容量。然后按1.0C恒流恒压充满，将满电电池置于-20℃的恒温箱中搁置24小时后，按1.0C放电至2.5V，记录-20℃下1C放电容量，并计算-20℃/1C放电比例。计算公式如下：-20℃/1C放电比例(％)＝-20℃放电容量/25℃放电容量×100％。3)电池3C倍率放电测试：将分容后的电池按1C恒流恒压充至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种安全型锂离子动力电池电解液，包括：非水有机溶剂、锂盐、低阻抗成膜添加剂和过充保护添加剂，其特征在于，所述低阻抗成膜添加剂为二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯中至少一种，过充保护添加剂为含有苯环的芳香烃或氟代芳香烃化合物。

【技术特征摘要】
1.一种安全型锂离子动力电池电解液，包括：非水有机溶剂、锂盐、低阻抗成膜添加剂和过充保护添加剂，其特征在于，所述低阻抗成膜添加剂为二氟磷酸锂和硫酸乙烯酯中至少一种，过充保护添加剂为含有苯环的芳香烃或氟代芳香烃化合物。2.根据权利要求1 所述的安全型锂离子动力电池电解液，其特征在于，所述过充保护添加剂为具有式(1)所示结构的芳香烃或氟代芳香烃化合物：式 (1)其中，X、Y为苯基、环己基、氟原子、氢原子、碳原子数为1~6的直链或支链烷基的任一种，X、Y在苯环上的位置为邻位、间位和对位的任一种。3.根据权利要求1 所述的安全型锂离子动力电池电解液，其特征在于，所述过充保护添加剂质量占所述电解液总质量0.5%~7.0%。4.根据权利要求1 所述的安全型锂离子动力电池电解液，其特征在于，所述低阻抗成膜添加剂质量占所述电解液总质量0.3%~5.0%。5.根据权利要求1 所述的安全型锂离子动力电池电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状酯的混合物，所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或以上，所述链状酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆鹏，吕家斌，仰永军，万华平，潘立宁，
申请(专利权)人：东莞市凯欣电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44