锂离子二次电池电解液及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子二次电池及其电解液，所述电解液包括非水有机溶剂、溶解在非水有机溶剂中的锂盐和添加剂，所述添加剂为式I～V所代表的缩水甘油酯类化合物中的一种，在式I～V中，R1和R2各自独立地选自含1～4个碳的烃基、含2～7个碳的环氧烷基、芳基、含1～4个碳的卤代烃基、含2～4个碳的醚基、卤代芳基中的一种，所述卤代烃基、卤代芳基为部分或全部卤族取代。与现有技术相比，本发明专利技术以式I～V所代表的缩水甘油酯化合物作为电解液的添加剂，有效地改善了锂离子二次电池的高温存储性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子二次电池领域，更具体地说，本专利技术涉及一种能够改善锂离子二次电池高温存储性能和循环性能的锂离子二次电池电解液。
技术介绍
随着笔记本电脑、手机、掌上游戏机、平板电脑等消费类电子产品的普及，大家对电池的要求也越来越严格，比如，要求电池既要又小又轻，而且还必须拥有高容量、长循环和高稳定性。与其它种类的二次电池相比，锂离子二次电池具有更高的能量密度，正是这一优势使其在市场上长期占据着主流地位。事实上，非水溶剂型锂离子二次电池近年来也面临着相当严峻地考验，原因是其能量密度和安全性能之间存在着矛盾：当人们为了满足产品要求而提高电池的能量密度时(如提高电池电压)，同时就会提高电池安全的不确定性。例如，当电池在高温下使用时，电解液将会因活性提高而在阴阳极上引发剧烈的氧化还原反应，伴随着大量副反应发生而产生的气体，导致了电池的膨胀。这不仅会损坏电池，而且还可能导致使用电池的电子设备发生损坏，严重的时候还可能会引发电池内短路，或是因电池包装胀破而引起可燃性电解液泄露，以上情况都存在引起火灾等安全事故的风险。因此，迫切需要通过有效地技术来解决电解液分解、电池胀气等问题。虽然大部分电池都会通过添加剂反应生成保护膜来隔绝电解液与阴阳极之间的反应，但是现有保护膜在高温下的隔绝效果还不够理想，反而往往由于阻抗过大而导致电池在实际使用中的性能下降，特别是当其在循环中引起电池阴阳极阻抗增加过快时，往往对电池的循环带来非常不利的影响。因此，如何平衡电池的存储和循环性能一直是业界的努力方向。有鉴于此，确有必要提供一种在高温下具有优良存储性能和循环性能的锂离子二次电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种能够改善锂离子二次电池高温存储性能和循环性能的锂离子二次电池电解液，并使用该电解液制备出一种在高温下具有优良存储性能和循环性能的锂离子二次电池。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种锂离子二次电池电解液，其包括非水有机溶剂、溶解在非水有机溶剂中的锂盐和添加剂，所述添加剂为式I～V所代表的缩水甘油酯类化合物中的一种，在式I～V中，R1和R2各自独立地选自含1～4个碳的烃基、含2～7个碳的环氧烷基、芳基、含1～4个碳的卤代烃基、含2～4个碳的醚基、卤代芳基中的一种，所述卤代烃基、卤代芳基为部分或全部卤族取代。式I～V所代表的缩水甘油酯化合物的分子结构中主体为环氧官能团，与双键相比，环氧官能团不但由于环状结构张力的影响而具有较高的反应活性，而且还具有较高的氧化电位，因此其在高电位下比单纯的双键更耐氧化；另外，环氧类官能团中的碳氧键对提高电解液在整个电池体系中的浸润性有正面的帮助。环氧类官能团和羧酸酯、碳酸酯、磺酸类、硫酸酯、磷酸酯类官能团的结合主要和成膜性能有关，这类环氧酯类物质在阴阳极上可能的反应机理归结如下：1)其可以像碳酸亚乙烯酯(VC)那样形成聚合物SEI膜(SolidElectrolyteInterphase，固态电解质界面膜)；2)反应活性高，其与氟代碳酸乙烯酯(FEC)竞争还原，减少FEC的反应(FEC成膜消耗更多的Li容量)；3)所形成的SEI膜中含O、Li可能更多，因此可以提高SEI膜的离子导通率，也就是说，形成的SEI膜具有较低的阻抗；4)环氧类官能团在阴极上产生亲核反应形成保护膜，隔绝电解液在阴极上的氧化分解。因此，与现有技术相比，本专利技术以式I～V所代表的缩水甘油酯化合物作为电解液的添加剂，能够有效地改善锂离子二次电池的高温存储性能和循环性能。所述式I～V中的R1和R2不采用4个以上碳原子的烷基的原因在于：当碳链长度大于4个碳时，式I～V所代表的缩水甘油酯化合物的分子量较大，粘度也会明显增大。因此，基于电解液粘度的考虑，式I～V中的烷基、不饱和烷基和卤代烷基的碳链仅含有1～4个碳。作为本专利技术锂离子二次电池电解液的一种改进，所述式I～V所代表的缩水甘油酯类化合物在电解液中的质量分数为0.1％～3％，优选为1％～3％。这是因为当其质量浓度低于0.1％时，由于含量过少，形成的阴阳极钝化膜会不足以阻止电解液进一步反应，导致对电池性能的改善不明显；而当质量浓度高于3％时，则会在阴极上堆积因氧化分解而产生的反应产物，使阴极活性物质层与电解质界面的膜电阻上升，从而恶化电池性能。作为本专利技术锂离子二次电池电解液的一种改进，所述式I～V所代表的缩水甘油酯类化合物为乙酸缩水甘油酯(C-1)、三氟乙酸缩水甘油酯(C-2)、丙烯酸缩水甘油酯(C-3)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(C-4)、碳酸甲基缩水甘油酯(C-5)、碳酸三氟乙基缩水甘油酯(C-6)、碳酸丙烯基缩水甘油酯(C-7)、碳酸(2-甲氧基乙基)缩水甘油酯(C-8)、碳酸二缩水甘油酯(C-9)、甲磺酸缩水甘油酯(C-10)、三氟乙磺酸缩水甘油酯(C-11)、乙烯磺酸缩水甘油酯(C-12)、丙烯磺酸缩水甘油酯(C-13)、硫酸甲基缩水甘油酯(C-14)、硫酸三氟乙基缩水甘油酯(C-15)、硫酸丙烯基缩水甘油酯(C-16)、二甲基磷酸缩水甘油酯(C-17)、二丙烯基磷酸缩水甘油酯(C-18)中的一种，其结构式分别为：作为本专利技术锂离子二次电池电解液的一种改进，所述非水有机溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙烯亚硫酸酯、丙烯亚硫酸酯、亚硫酸二甲酯、二乙基亚硫酸酯、1,3-丙磺酸内酯、硫酸乙烯酯、酸酐、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、环丁砜、二甲亚砜、甲硫醚、γ-丁内酯、四氢呋喃中的一种或几种。作为本专利技术锂离子二次电池电解液的一种改进，所述锂盐选自LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)、LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3、LiClO4或其组合，LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)中的x、y为自然数。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种锂离子二次电池，其包括电解液、正极片、负极片和间隔于正极片和负极片之间的隔膜；所述正极片包括能脱出和接受锂离子的正极活性材料，所述负极片包括能接受和脱出锂离子的负极活性材料；所述电解液为上述任一项所述的锂离子二次电池电解液。作为本专利技术锂离子二次电池的一种改进，所述正极活性材料为锂过渡金属复合氧化物。作为本专利技术锂离子二次电池的一种改进，所述正极活性材料选自LixCoyM1-yAz所代表材料中的至少一种，其中，0.97≤x≤1.06，0≤y≤1，0≤z≤2，M选自Ni、Fe、Mg、Al、Ti、V、Ge、Zr、Mn、Cr中的至少一种，A选自O、F、S、P中的至少一种。作为本专利技术锂离子二次电池的一种改进，所述负极活性材料为软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物、钛酸锂以及能与锂形成合金的金属等材料中的一种或几种。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池电解液，包括非水有机溶剂、溶解在非水有机溶剂中的锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂为式I～V所代表的缩水甘油酯类化合物中的一种，在式I～V中，R1和R2各自独立地选自含1～4个碳的烃基、含2～7个碳的环氧烷基、芳基、含1～4个碳的卤代烃基、含2～4个碳的醚基、卤代芳基中的一种，所述卤代烃基、卤代芳基为部分或全部卤族取代。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子二次电池电解液，包括非水有机溶剂、溶解在非水有机溶剂
中的锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂为式I～V所代表的缩水甘油酯类
化合物中的一种，
在式I～V中，R1和R2各自独立地选自含1～4个碳的烃基、含2～7个碳的环
氧烷基、芳基、含1～4个碳的卤代烃基、含2～4个碳的醚基、卤代芳基中的一
种，所述卤代烃基、卤代芳基为部分或全部卤族取代。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池电解液，其特征在于：所述式I～V
所代表的缩水甘油酯类化合物在电解液中的质量分数为0.1％～3％。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池电解液，其特征在于：所述式I～V
所代表的缩水甘油酯类化合物在电解液中的质量分数为1％～3％。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池电解液，其特征在于：所述式I～V
所代表的缩水甘油酯类化合物为乙酸缩水甘油酯、三氟乙酸缩水甘油酯、丙烯
酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、碳酸甲基缩水甘油酯、碳酸三氟乙基
缩水甘油酯、碳酸丙烯基缩水甘油酯、碳酸(2-甲氧乙基)缩水甘油酯、碳酸二缩
水甘油酯、甲磺酸缩水甘油酯、三氟乙磺酸缩水甘油酯、乙烯磺酸缩水甘油酯、
丙烯磺酸缩水甘油酯、硫酸甲基缩水甘油酯、硫酸三氟乙基缩水甘油酯、硫酸
丙烯基缩水甘油酯、二甲基磷酸缩水甘油酯、二丙烯基磷酸缩水甘油酯中的一
种。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池电解液，其特征在于：所述非水
有机溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙
酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、
乙酸乙酯、丁酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙烯亚硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶士特，付成华，褚春波，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35