一种高温锂离子电池电解液及其制备方法和高温锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种高温锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和除水添加剂，除水添加剂的结构式如式(1)所示：

High temperature lithium ion battery electrolyte and its preparation method and high temperature lithium ion battery

The present invention provides a high temperature lithium ion battery electrolyte, which comprises lithium salt, organic solvent and water removing additive. The structure formula of the water removing additive is shown in formula (1):

【技术实现步骤摘要】
一种高温锂离子电池电解液及其制备方法和高温锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种高温锂离子电池电解液及其制备方法和高温锂离子电池。
技术介绍
与传统的铅酸、镍氢二次电池相比，锂离子二次电池由于具有高能量密度、高电压、低自放电率和重量轻等优点，在各领域被广泛应用。然而，笔记本电脑、手机、移动工具、电动汽车、基站备电、钻井等高科技领域对电池的性能要求日益提高，其使用环境越来越苛刻。尤其在高温恶劣环境下，如室外基站备电、钻井钻头监控等领域，目前商业化的锂离子二次电池不能满足使用要求。锂离子二次电池因为其特殊的化学体系及独特设计，当使用温度高于60℃时，电池性能恶化严重，如其容量衰减、内阻增加、功率特性变差、循环寿命变短等。这是由于，在高温条件下，锂离子二次电池电解液会自催化产生H2O，H2O在电解液中将迅速转化成HF，从而导致如下副反应活跃：(1)正极活性物质会与电解液中的HF发生副反应，导致正极活性物质中的过渡金属离子溶入电解液中，从而部分正极活性物质失去活性；(2)溶入电解液的金属离子会迁移到负极并在负极表面沉积，导致堵塞负极的SEI膜，同时其在负极表面会进一步催化分解电解液使得电化学反应极化增大。此外，由于负极SEI膜在高温下很不稳定，容易发生分解反应，使得SEI膜失去钝化包覆负极的作用。而所有这些副反应都会加剧锂离子电池性能的恶化。目前，现有改善锂离子电池高温性能的方法主要有：在电解液中添加负极成膜添加剂以有效地在负极表面成膜，此SEI膜可以在一定程度上改善锂离子电池的高温性能，但改善效果并不显著。因为现有方法未考虑正极与电解液界面的稳定性，以及电解液自身在高温下会自催化产生H2O，H2O在电解液中将迅速转化成HF，HF进一步迅速破坏正极/电解液界面，使得正极过渡金属离子溶出等产生一系列连锁副反应迅速恶化锂离子电池性能。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术第一方面旨在提供一种高温锂离子电池电解液，其能够有效消除电池生产工艺中引入的残留痕量水及后续高温过程中产生的痕量水，抑制HF的生成，保护锂离子电池中的电化学体系，以解决现有锂离子电池高温性能不佳的问题。第一方面，本专利技术提供了一种高温锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和除水添加剂，所述除水添加剂为结构式如式(1)所示的磷酸环酐类化合物：其中，R1为-NCH-(CH2)n-CN基团，0<n≤20，n为整数；R2为-R11-CO-NR12R13基团，R11为-(CH2)m-基团，0≤m<19，R12、R13分别独立地选自H和-(CH2)x-CH3基团中的一种，0≤x≤19-m；m，x均为整数；R3选自H、F、Cl和Br中的任意一种。在本专利技术第一方面中，所述n的取值范围可为1-10，1-6，2-5或4-7；所述m的取值范围可为1-12，1-8，2-6或3-5。在本专利技术第一方面中，所述R1为-NCH-(CH2)2-CN基团，所述R2为-CH2-CO-NHCH3基团，所述R3为F。在本专利技术第一方面中，所述R1为-NCH-(CH2)4-CN基团，R2为-CH2-CO-NHCH3基团，R3为F。在本专利技术第一方面中，所述R1为-NCH-(CH2)3-CN基团，R2为-(CH2)2-CO-NHCH3基团，R3为Cl。在本专利技术第一方面中，所述R1为-NCH-(CH2)3-CN基团，R2为-(CH2)2-CO-NHCH3基团，R3为F。在本专利技术第一方面中，所述R1为-NCH-(CH2)2-CN基团，R2为-(CH2)2-CO-NHCH2CH3基团，R3为Cl。在本专利技术第一方面中，所述R1为-NCH-(CH2)2-CN基团，R2为-CH2-CO-NHCH3基团，R3为H。在本专利技术第一方面中，所述除水添加剂占所述高温锂离子电池电解液总重量的0.5-5％。在本专利技术第一方面中，所述电解液还包括正极成膜添加剂和/或负极成膜添加剂，所述正极成膜添加剂选自己二腈(ADN,分子式为:C6H8N2)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,分子式为:C2BF2LiO4)和碳酸乙烯亚乙酯(VEC)中的至少一种，所述负极成膜添加剂选自二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,分子式为:C2BF2LiO4)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)和1,3-(1-丙烯基)磺内酯(PS)中的至少一种。在本专利技术第一方面中，所述正极成膜添加剂占所述高温锂离子电池电解液总重量的1-3％，所述负极成膜添加剂占所述高温锂离子电池电解液总重量的0.5-4％。在本专利技术第一方面中，所述有机溶剂选自碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的至少一种。在本专利技术第一方面中，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的至少一种。本专利技术第一方面提供的高温锂离子电池电解液，通过加入具有特定结构的除水添加剂，可有效消除电池生产工艺中引入的残留痕量水及后续高温过程中产生的痕量水，而消除了痕量水就基本上可以消除HF，从而可有效避免由HF带来的一系列连锁副反应，很好地保护锂离子电池中的电化学体系，显著改善锂离子电池的高温性能。第二方面，本专利技术提供了一种高温锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：在水分≤10ppm的封闭环境条件下，将有机溶剂进行精制提纯，并加入锂盐和除水添加剂，混合均匀，得到高温锂离子电池电解液；所述除水添加剂为结构式如式(1)所示的磷酸环酐类化合物：其中，R1为-NCH-(CH2)n-CN基团，0<n≤20，n为整数；R2为-R11-CO-NR12R13基团，R11为-(CH2)m-基团，0≤m<19，R12、R13独立地选自H和-(CH2)x-CH3基团中的一种，0≤x≤19-m；m，x均为整数；R3选自H、F、Cl和Br中的任意一种。在本专利技术第二方面中所述除水添加剂占所述高温锂离子电池电解液总重量的0.5-5％。在本专利技术第二方面中，所述的制备方法进一步包括向所述有机溶剂中加入正极成膜添加剂和/或负极成膜添加剂，所述正极成膜添加剂选自己二腈、二氟草酸硼酸锂和碳酸乙烯亚乙酯中的至少一种；所述负极成膜添加剂选自二氟草酸硼酸锂、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和1,3-(1-丙烯基)磺内酯中的至少一种。在本专利技术第二方面中，所述正极成膜添加剂占所述高温锂离子电池电解液总重量的1-3％，所述负极成膜添加剂占所述高温锂离子电池电解液总重量的0.5-4％。本专利技术第二方面提供的制备方法简易可行，适于扩大化生产。第三方面，本专利技术提供了一种高温锂离子电池，包括正极、负极、隔离膜和电解液，所述电解液采用如本专利技术第一方面所述的高温锂离子电池电解液。本专利技术第三方面提供的高温锂离子电池，具有良好的高温存储性能和高温循环性能。本专利技术的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本专利技术实施例的实施而获知。具体实施方式以下所述是本专利技术实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术实施例的保护范围。通常，当锂离子电池使用温度高于60℃时，电池性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温锂离子电池电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和除水添加剂，所述除水添加剂为结构式如式(1)所示的磷酸环酐类化合物：

【技术特征摘要】
1.一种高温锂离子电池电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和除水添加剂，所述除水添加剂为结构式如式(1)所示的磷酸环酐类化合物：其中，R1为-NCH-(CH2)n-CN基团，0<n≤20，n为整数；R2为-R11-CO-NR12R13基团，R11为-(CH2)m-基团，0≤m<19，R12、R13分别独立地选自H和-(CH2)x-CH3基团中的一种，0≤x≤19-m；m，x均为整数；R3选自H、F、Cl和Br中的任意一种。2.如权利要求1所述的高温锂离子电池电解液，其特征在于，所述n的取值范围为1-10，所述m的取值范围为1-12。3.如权利要求1或2所述的高温锂离子电池电解液，其特征在于，所述n的取值范围为1-6，所述m的取值范围为1-8。4.如权利要求1-3任一项所述的高温锂离子电池电解液，其特征在于，所述R1为-NCH-(CH2)2-CN基团，所述R2为-CH2-CO-NHCH3基团，所述R3为F。5.如权利要求1-3任一项所述的高温锂离子电池电解液，其特征在于，所述R1为-NCH-(CH2)4-CN基团，所述R2为-CH2-CO-NHCH3基团，所述R3为F。6.如权利要求1-3任一项所述的高温锂离子电池电解液，其特征在于，所述R1为-NCH-(CH2)3-CN基团，所述R2为-(CH2)2-CO-NHCH3基团，所述R3为Cl。7.如权利要求1-6任一项所述的高温锂离子电池电解液，其特征在于，所述除水添加剂占所述高温锂离子电池电解液总重量的0.5-5％。8.如权利要求1-7任一项所述的高温锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液还包括正极成膜添加剂和/或负极成膜添加剂，所述正极成膜添加剂选自己二腈、二氟草酸硼酸锂和碳酸乙烯亚乙酯中的至少一种，所述负极成膜添加剂选自二氟草酸硼酸锂、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和1,3-(1-丙烯基)磺内酯中的至少一种。9.如权利要求8所述的高温锂离子电池电解液，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：许国成，谢封超，许瑞，李慧，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，东莞市爱思普能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44