一种适用于高电压高镍动力电池的电解液及高电压高镍电池制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于高电压高镍动力电池的电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的有机溶剂为非氟代环状碳酸酯与含氟链状酯的混合物，所述的添加剂为添加剂A和/或添加剂B，以及其他添加剂的组合；所述的含氟链状酯为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：

An Electrolyte for High Voltage and High Nickel Power Batteries and a High Voltage and High Nickel Battery

The present invention relates to an electrolyte suitable for high voltage and high nickel power batteries, including lithium salts, organic solvents and additives. The organic solvents are a mixture of non-fluorinated cyclic carbonates and fluorinated chain esters. The additives are a combination of additives A and/or B and other additives. The fluorinated chain esters are selected from the substances shown in the general formula of the following structure. One or more:

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高电压高镍动力电池的电解液及高电压高镍电池
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种适用于高电压高镍动力电池的电解液及高电压高镍电池。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度高、功率密度大、循环性能好、无记忆效应、绿色环保等特点，在移动通信设备如移动电话、移动摄像机、笔记本电脑、手机等各种电子产品中得到广泛应用，同时也是未来电动汽车的供能系统中强有力候选者。锂电池电解液使用的链状有机溶剂常有:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯等以及它们的两种或多种混合物，使用的锂盐通常有：六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、二草酸合硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂等以及它们的两种或多种混合物。由于六氟磷酸锂存在易分解的性质，特别在非水电解液存在微量水分条件下，锂盐的分解速度会进一步加快。而锂电池高温使用环境将会促使电解液的HF含量显著增加，HF将会破坏锂电池正负极表面的SEI膜，从而严重影响锂电池的电化学性能。随着的锂电池的应用领域扩展，特别电动汽车的快速发展，市场对动力电池性能提出高能量密度要求，2020年单体电池能量密度达到300wh/kg。为达到这一目标，正负极材料需进一步提高容量，正极材料主要通过增加镍含量及提高充电截止电位提高放电容量。同时，高电压条件下，电解液会在正极材料表面发生氧化反应，从而造成材料及电池的循环性能差，尤其是高温条件下，电解液的氧化反应会进一步加剧。需要指出的是，针对高电压三元正极材料，现阶段主要通过调整电解液添加剂来改善电池的循环性能和高温搁置性能，如中国公开号CN105591158A、CN105355970A专利中通过调整添加剂种类及比例，只能改善高电压三元电池的高温储存性能。公开号CN104617333A通过采用添加剂：甲基磺酸酐与碳酸亚乙烯酯相结合方法，使得电池具有良好的循环特性和低温性能以及高温存储性能。而公开号为CN105428719A，其有机溶剂由环状碳酸酯溶剂、氟代溶剂和碳酸酯溶剂组成，添加剂为3-氟-1，3-丙烯磺酸内酯，其制得的电解液应用到钴酸锂正极材料的锂离子电池中能够有效提高高电压宽温锂离子电池的循环寿命和高温性能，但是，经实践发现，其应用于高电压高镍动力电池时的高温循环性能仍然有待提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于高电压高镍动力电池时高温循环性能好的电解液。本专利技术所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述电解液的高电压高镍动力电池。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术的一个目的是提供一种适用于高电压高镍动力电池的电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的有机溶剂为非氟代环状碳酸酯与含氟链状酯的混合物，所述的添加剂为添加剂A和/或添加剂B，以及其他添加剂的组合；其中，所述的含氟链状酯为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：其中，R1、R2独立地为未被取代或被氟原子取代的碳原子数为1～3的烷基且R1、R2中至少有一个为被氟原子取代的碳原子数为1～3的烷基，其中，所述的被氟原子取代为部分取代或全部取代；所述的添加剂A为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：其中，R3为-(CH2)n-或-(CH2)nO-，n为1～4；所述的添加剂B为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：其中，R4、R5独立地选自甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基中的一种；所述的其他添加剂为选自联苯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯、丁二腈、双氟磺酰亚胺锂、亚硫酸乙烯酯中的一种或多种。优选地，所述的非氟代环状碳酸酯为选自碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯中的一种或多种。优选地，所述的含氟链状酯为选自如下结构式所示物质中的一种或多种：优选地，所述的非氟代环状碳酸酯占所述的有机溶剂总质量的5％～50％，所述的含氟链状酯占所述的有机溶剂总质量的50％～95％。进一步优选地，所述的非氟代环状碳酸酯占所述的有机溶剂总质量的10％～40％，所述的含氟链状酯占所述的有机溶剂总质量的60％～90％。更优选地，所述的非氟代环状碳酸酯占所述的有机溶剂总质量的20％～40％，所述的含氟链状酯占所述的有机溶剂总质量的60％～80％。最优选地，所述的非氟代环状碳酸酯占所述的有机溶剂总质量的25％～35％，所述的含氟链状酯占所述的有机溶剂总质量的65％～75％。根据本专利技术的一个优选实施方式，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯和氟乙酸乙酯的混合物或者是碳酸乙烯酯和二氟乙酸乙酯的混合物。优选地，所述的添加剂A为选自亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、1，3-丙烷磺内酯、硫酸乙烯酯中的一种或多种。优选地，所述的添加剂A和/或添加剂B的投料质量占所述的电解液总质量的0.1～10％，所述的其他添加剂的投料质量占所述的电解液总质量的0.1～10％。进一步优选地，所述的添加剂A和/或添加剂B的投料质量占所述的电解液总质量的0.1～5％，所述的其他添加剂的投料质量占所述的电解液总质量的0.1～5％。更优选地，所述的添加剂A和/或添加剂B的投料质量占所述的电解液总质量的0.5～2％，所述的其他添加剂的投料质量占所述的电解液总质量的0.5～2％。最优选地，所述的添加剂A和/或添加剂B的投料质量占所述的电解液总质量的0.5～1.5％，所述的其他添加剂的投料质量占所述的电解液总质量的0.5～1％。根据本专利技术的一个优选实施方式，所述的添加剂为1，3-丙烷磺内酯与碳酸亚乙烯酯的组合，或者是硫酸乙烯酯与碳酸亚乙烯酯的组合，或者是1，3-丙烷磺内酯与双氟磺酰亚胺锂的组合，或者是硫酸乙烯酯与双氟磺酰亚胺锂的组合。优选地，所述的锂盐的摩尔浓度为0.001～2mol/L。进一步优选地，所述的锂盐的摩尔浓度为0.1～2mol/L。更优选地，所述的锂盐的摩尔浓度为0.5～1.5mol/L。优选地，所述的锂盐为选自LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiFC6F5BC2O4、Li2PO2F2、LiBOB、LiODFB中的一种或多种。进一步优选地，所述的锂盐为选自LiPF6、LiN(SO2F)2、Li2PO2F2、LiBOB、LiODFB中的一种或多种。本专利技术的另一个目的是提供一种高电压高镍动力电池，其采用上述电解液，其中，所述的高电压为≥4.2V，高镍为镍的质量含量≥30％。优选地，所述的高电压高镍动力电池的正极材料为LiNixAyBZO2，其中A、B独立地为Co、Mn、Al、Fe、V、Mg、Sr、Ti、Ca、Zr、Zn、Si中的一种，x+y+z＝1，X≥0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5；负极材料为碳材料、合金材料、金属材料、碳硅材料、碳二氧化硅材料、碳氧化亚硅材料、碳锡材料、碳氧化锡材料中的一种。进一步优选地，所述的负极材料为人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳中的一种。本专利技术中，电池充电截止电位4.6V，优先于4.4V，更优选于4.35V。该电解液应用于高电压(≥4.2V)高镍(Ni含量≥30％)动力电池时，电解液中的添加剂可以在正负极材料表面形成有效的、稳定的SEI膜，由于添加剂形成的SEI膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高电压高镍动力电池的电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于：所述的有机溶剂为非氟代环状碳酸酯与含氟链状酯的混合物，所述的添加剂为添加剂A和/或添加剂B，以及其他添加剂的组合；其中，所述的含氟链状酯为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：

【技术特征摘要】
1.一种适用于高电压高镍动力电池的电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于：所述的有机溶剂为非氟代环状碳酸酯与含氟链状酯的混合物，所述的添加剂为添加剂A和/或添加剂B，以及其他添加剂的组合；其中，所述的含氟链状酯为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：其中，R1、R2独立地为未被取代或被氟原子取代的碳原子数为1～3的烷基且R1、R2中至少有一个为被氟原子取代的碳原子数为1～3的烷基，其中，所述的被氟原子取代为部分取代或全部取代；所述的添加剂A为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：其中，R3为-(CH2)n-或-(CH2)nO-，n为1～4；所述的添加剂B为选自如下结构通式所示物质中的一种或多种：其中，R4、R5独立地选自甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基中的一种；所述的其他添加剂为选自联苯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯、丁二腈、双氟磺酰亚胺锂、亚硫酸乙烯酯中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述的非氟代环状碳酸酯为选自碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述的含氟链状酯为选自如下结构式所示物质中的一种或多种：4.根据权利要求1至3中任一项所述的电解液，其特征在于：所述的非氟代环状碳酸酯占所述的有机溶剂总质量的5％～50％，所述的含氟链状酯占所述的有机溶剂总质量的50％～95％。5.根据权利要求1所述的电解液，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦虎，甘朝伦，袁翔云，
申请(专利权)人：张家港市国泰华荣化工新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32