一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池制造技术

本申请公开了一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。本申请的锂离子电池非水电解液，包括选自结构式一或结构式二所示化合物中的至少一种；结构式一中，R1和R2分别独立选自碳原子数为2‑5的烯基、碳原子数为2‑5的炔基，结构式二中，R3选自碳原子数为2‑5的烯基、碳原子数为2‑5的炔基。本申请的锂离子电池非水电解液，在其中添加结构式一或结构式二所示化合物，该化合物中含有不饱和键和六氟异丙基，不饱和键在正负极表面形成钝化膜，抑制电解液在正负极表面分解和正极材料结构被破坏；并且，由于氟异丙基官能团的空间位阻关系，可以在一定程度上抑制不饱和键的聚合程度；改善锂离子电池高温性能的同时保障了其低温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
本申请涉及锂离子电池电解液领域，特别是涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、无记忆效应和循环寿命长等优点，不仅在手机、笔记本电脑等数码产品领域得到了广泛的应用，而且也被认为是电动车、大型储能装置的最佳选择之一。目前智能手机、平板电脑等电子数码产品对电池的能量密度要求越来越高，使得商用锂离子电池难以满足要求。锂离子电池在高温充放电循环或高温储存时，电解液在正极材料表面的分解会更加严重，电解液的氧化分解产物不断在正极表面沉积，导致正极表面的阻抗不断增加，从而导致电池性能的劣化。尤其是当正极材料中镍含量较高时，正极材料表面活性更高，电解液分解更加严重。此外，提高锂离子电池的充电电压会进一步加剧正极材料金属离子的溶出，溶出的金属离子不仅催化电解液的分解，还会破坏负极钝化膜。尤其在长时间高温储存或高温循环过程中，正极金属离子的溶出会更加严重，导致电池的性能迅速恶化。为了抑制因正极金属离子溶出及电解液分解而导致的电池性能恶化，可以在正极材料表面包覆一层惰性金属氧化物，如Al2O3，AlF3，ZnO等，也可以在电解液中添加正负极保护添加剂。中国专利申请201310046105.6和201410534841.0分别公开了一种含烯丙基磷酸酯和炔丙基磷酸酯的电解液，该电解液均可以提高电池的高温储存及高温循环性能。但是，本申请的专利技术人通过大量实验发现，不饱和的磷酸酯虽然能够明显提高电池的高温储存及高温循环性能，但明显增加电池内阻，降低了电池的低温性能及倍率性能，尤其是低温循环性能，负极表面出现大面积的析锂现象。中国专利申请201180037584.4也公开了一种含叁键的不饱和磷酸酯的电解液，其中提到含氟取代的不饱和磷酸酯，然而本申请的专利技术人通过大量实验发现，该含叁键的不饱和磷酸酯的电解液仍存在低温性能较差，低温充电时出现大面积的析锂现象，造成严重的安全隐患。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的锂离子电池非水电解液及其应用。为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：本申请的一方面公开了一种锂离子电池非水电解液，包括选自结构式一或结构式二所示的化合物中的至少一种；结构式一结构式一中，R1和R2分别独立的选自碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为2-5的炔基，结构式二结构式二中，R3选自碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为2-5的炔基。需要说明的是，本申请的锂离子电池非水电解液，其关键在于，在电解液中添加了结构式一或结构式二所示的化合物，该化合物由于含有不饱和键和六氟异丙基，不饱和键能够在正负极表面发生聚合反应形成钝化膜，有效抑制电解液在正负极表面的分解反应，抑制正极材料结构被破坏。并且，由于六氟异丙基官能团空间位阻关系，可以在一定程度上抑制不饱和键的聚合程度；同时，六氟异丙基也能参与到成膜反应，抑制了电池内阻增加。在提高锂离子电池高温性能的同时，保障了锂离子电池的低温性能和倍率性能，使其具有优异的综合性能。而常规的不饱和磷酸酯，例如2,2,2-三氟乙基二(炔丙基)磷酸酯，由于其空间结构关系，不具有本专利技术结构式一所示化合物的效果，其仍存在低温性能较差且析锂的问题，如本申请对比例2测试结果，无法实现本专利技术的目的。因此，可以通过调节结构式一或结构式二所示化合物的用量，来调节电解液及采用该电解液的电池的高低温性能和综合性能。一般来说，本申请的电解液中，结构式一或结构式二所示化合物的用量按照常规的添加剂用量即可；但是，需要特别说明的是，本申请推荐的用量是，结构式一或结构式二所示化合物的含量占锂离子电池非水电解液总质量的0.1％-5％。其中，在结构式一或结构式二所示化合物的用量低于0.1％时，提高非水电解液电池的高温储存的效果会下降；而超过5％时，可能导致在正负极表面形成的钝化膜偏厚而增加电池内阻，不利于较好的兼顾电池低温性能。还需要说明的是，本申请的关键在于在锂离子电池非水电解液中添加了结构式一或结构式二所示的化合物，至于其它组分，例如非水有机溶剂、锂盐，可以参考现有的非水电解液，甚至在非水电解液中还可以添加其它的添加剂，以增加相应的功能，在此不做具体限定。但是，在本申请的优选方案中，为了达到更好的效果，对锂离子电池非水电解液中常规含有的非水有机溶剂、锂盐和其它添加剂进行了特别限定，这将在后续的方案中详细介绍。优选的，碳原子数为2-5的烯基包括但不仅限于乙烯基、烯丙基、3-丁烯基、异丁烯基、4-戊烯基，所述碳原子数为2-5的炔基包括但不仅限于乙炔基、炔丙基、3-丁炔基、1-甲基-2丙炔基。优选的，结构式一所示的化合物为六氟异丙基二(炔丙基)磷酸酯或六氟异丙基二(烯丙基)磷酸酯，所述结构式二所示的化合物为二(六氟异丙基)炔丙基磷酸酯或二(六氟异丙基)烯丙基磷酸酯。优选的，锂离子电池非水电解液中还包括环状碳酸酯、环状磺酸内酯、环状硫酸酯中一种或多种。优选的，所述环状碳酸酯选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。优选的，所述环状磺酸内酯选自1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯和1,3-丙烯磺酸内酯中的一种或多种。需要说明的是，碳酸亚乙烯酯(缩写VC)、碳酸乙烯亚乙酯(缩写VEC)、氟代碳酸乙烯酯(缩写FEC)，或者1,3-丙烷磺内酯(缩写PS)、1,4-丁烷磺内酯(缩写BS)，这些都是常见的添加剂，在本申请的锂离子电池非水电解液中，当然也可以添加这些添加剂，以获得相应的功能；当然，也可以不添加，只添加结构式一所示化合物，也可以达到本申请的在正负极表面形成钝化膜，抑制电解液在正负极表面分解，抑制正极材料结构被破坏的效果。优选的，锂离子电池非水电解液中的非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的至少一种。更优选的，非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的组合物。本申请的另一面公开了本申请的锂离子电池非水电解液在锂离子电池或储能电容器中的应用。本申请的另一面公开了一种锂离子电池，包括正极、负极、置于正极和负极之间的隔膜，以及电解液，其中，电解液为本申请的锂离子电池非水电解液。可以理解，本申请的锂离子电池，其关键在于采用了本申请的锂离子电池非水电解液，使得其正负极表面形成钝化膜，从而有效抑制电解液在正负极表面的分解反应，抑制正极材料结构被破坏，同时不会增加电池内阻，保障了电池的高低温性能及倍率性能。至于锂离子电池中的其它组分，如正极、负极和隔膜可以参考常规的锂离子电池。本申请优选的方案中，对正极的活性物质进行了特别限定。优选的，正极的活性物质为LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2中的至少一种，其中，L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si或Fe，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0＜x+y+z≤1。例如，本专利技术中，正极活性物质可以为钴酸锂，其具有如下通式：LiCoaL(1-a)O2，0＜a≤1。由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：本申请的锂离子电池非水电解液，在其中添加结构式一或结构式二所示的化合物，由于该化合物中含有不饱和键和六氟异丙基，不饱和键在正负极表面发生聚合反应形成钝化膜，抑制电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池非水电解液，其特征在于：包括选自结构式一或结构式二所示的化合物中的至少一种；结构式一

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于：包括选自结构式一或结构式二所示的化合物中的至少一种；结构式一结构式一中，R1和R2分别独立的选自碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为2-5的炔基，结构式二结构式二中，R3选自碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为2-5的炔基。2.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于：所述碳原子数为2-5的烯基包括但不仅限于乙烯基、烯丙基、3-丁烯基、异丁烯基、4-戊烯基，所述碳原子数为2-5的炔基包括但不仅限于乙炔基、炔丙基、3-丁炔基、1-甲基-2丙炔基。3.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于：所述结构式一所示的化合物为六氟异丙基二(炔丙基)磷酸酯或六氟异丙基二(烯丙基)磷酸酯，所述结构式二所示的化合物为二(六氟异丙基)炔丙基磷酸酯或二(六氟异丙基)烯丙基磷酸酯。4.根据权利要求1-3任一项所述的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液中，结构式一或结构式二所示的化合物的含量占非水电解液总重量的0.1％-5％。5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述电解液还包括环状碳酸酯、环状磺酸内酯和环状硫酸酯中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：石桥，胡时光，陈群，王力，何舟，贠娇娇，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44