一种锂离子电池用电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池用电解液，包括正极保护添加剂，正极保护添加剂包括3,3双‑2‑氟‑2‑氧代‑1,3,2‑二氧磷杂环戊烷，其化学分子式如结构式1所示：

An electrolyte and lithium-ion battery for lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用电解液及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池用电解液及锂离子电池。
技术介绍
目前，商业用锂离子电池的正极材料主要有锰酸锂、钴酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂几种，其充电截止电压一般不超过4.2V，随着科技的进步及市场的不断发展，提升锂离子电池的能量密度日益显得重要而迫切。除了现有材料和电池的制作工艺改进之外，高电压(4.35V-5V)正极材料是比较热门的研究方向之一，它是通过提升正极活性材料的充电深度来实现电池的高能量密度。目前发现的高电压材料主要有：1)4.35-4.5VLCO。通过掺杂改性元素Mg、Al、Ti、Zr或包覆手段来提高LCO的工作电压，但钴的资源有限，且价格相对较高，因而主要用于3C领域的小型移动终端中；2)5V镍锰尖晶石(LNMS)。这种材料通过掺杂改性之后，即使使用常规电解液，也有不错的循环性能和倍率性能，但安全性较差，且容量低(130mAh/g)和压实低(3.1g/cm3)，相对其它高电压材料无明显优势；3)4.7V富锂高锰层状固溶体(OLO)。OLO容量(300mAh/g)、电压高，通过改性之后，首效能达到90％，但振实密度低(2.0g/cm3)、没有电压平台、循环性能较差、严重的电压滞后、安全性能差，导致其应用受到限制；4)4.35-4.4V三元材料。对称型(442，333)高电压三元材料容量高，循环性能良好，通过改性后，其上限电压可以提升到4.4V，且三元材料资源丰富，在价格上较高电压LCO有明显优势。但是，随着上限电压的提升后，三元材料面临高温存储差、循环产气严重的问题。一方面可能是新开发的包覆或掺杂技术不太完善，另一方面即是电解液的匹配问题，常规的电解液在4.4V高电压下是会在电池正极表面氧化分解的，特别在高温条件下，会加速电解液的氧化分解，同时促使正极材料的恶化反应。因此，必须开发一种能耐4.4V高电压的电解液，进而实现锂离子电池电性能的优良发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种锂离子电池用电解液，可提高高电压锂离子电池的高温存储和循环性能。本专利技术的目的之二是提供一种含采用上述电解液制备的锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池用电解液，包括正极保护添加剂，所述正极保护添加剂包括3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，其化学分子式如结构式1所示：与现有技术相比，本专利技术的锂离子电池用电解液，引入了3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，可对正极起到保护作用，一方面，能够优化正极/电解液界面，能降低正极的表面活性而抑制电解液的氧化分解；另一方面，3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷中引入的氟、磷，有效提高电解液的高温存储性能，循环过程中产气量也明显减少，故而能提高高电压(4.4V)三元锂离子电池的高温存储性能和循环性能。具体地，3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的制备方法如下：采用单氟磷酸和赤藓糖醇在碱性催化剂和加热的方式下，制得结构式1物质。其合成路线如下所示：较佳地，还包括有机溶剂和锂盐，所述正极保护添加剂的用量占所述有机溶剂和所述锂盐总用量的0.1％-5％，比如可以为但不限于0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。较佳地，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、甲基磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、二草酸硼酸锂(C4BLiO8)、二氟草酸硼酸锂(C2BF2LiO4)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟双草酸磷酸锂(LiDFBP)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。较佳地，所述锂盐的浓度为0.5M-1.5M。较佳地，所述有机溶剂选自链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类和杂环化合物中的至少一种。比如，可为但不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸丙酯(PP)、丙酸乙酯(EP)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的至少一种。较佳地，还包括成膜添加剂，所述成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、亚乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、1,3丙磺酸内酯(PS)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、硫酸乙烯酯(DTD)中的至少一种。相应地，本专利技术还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池采用上述电解液。较佳地，锂离子电池还包括正极和负极，所述正极由镍钴锰氧化物材料制成。较佳地，所述镍钴锰氧化物材料为高镍钴锰氧化物LiNixCoyMn(1-x-y)MzO2，其中，0.6<x<0.9，x+y≤1，M选自Al、Mg、Zr、Ti中的一种，0≤z<0.08。较佳地，x＝0.6，y＝0.2，M为Zr，z＝0.03。较佳地，负极为碳负极材料、硅负极材料或硅碳负极材料，优选采用硅碳负极材料(10％Si)。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案，但不构成对本专利技术的任何限制，实施例中所有试剂均可从市售获得。实施例1(1)电解液的制备：在氩气氛围下，水分含量＜1ppm的真空手套箱中配制电解液，该电解液包括有机溶剂、锂盐、正极保护添加剂和成膜添加剂。其中，有机溶剂采用重量比为1:1:1的碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸；锂盐采用LiPF6，锂盐浓度为1.0mol/L；有机溶剂和锂盐的总用量为100重量份；成膜添加剂采用1重量份的碳酸亚乙烯酯(VC)和5重量份的氟代碳酸乙烯酯(FEC)；正极保护添加剂采用0.1重量份的3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，混合均匀，得到本专利技术的锂离子电池用电解液。(2)正极极片的制备：正极活性材料选用LiNi6Co2Mn2M0.3O2。(3)负极极片的制备：负极材料选用硅碳负极材料(10％Si)。(4)采用步骤(1)～(3)的电解液、正极极片和负极极片制备成锂离子电池。实施例2～7实施例2～7中锂离子电池的制备与实施例1相同，不同点在于各实施例的电解液中采用不同重量份的3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，实施例2-7分别对应采用3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的重量份为0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份，而实施例1采用3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的重量份为0.1重量份。实施例8实施例8中锂离子电池的制备与实施例1相同，不同点在于：实施例8的电解液中采用成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)，而实施例1的电解液中采用成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用电解液，其特征在于，包括正极保护添加剂，所述正极保护添加剂包括3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，其化学分子式如结构式1所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用电解液，其特征在于，包括正极保护添加剂，所述正极保护添加剂包括3,3双-2-氟-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，其化学分子式如结构式1所示：





2.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，还包括有机溶剂和锂盐，所述正极保护添加剂的用量占所述有机溶剂和所述锂盐总用量的0.1％-5％。


3.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。


4.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述锂盐的浓度为0.5M-1.5M。


5.如权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧霜辉，王霹霹，毛冲，黄秋洁，白晶，戴晓兵，
申请(专利权)人：珠海市赛纬电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44