一种电解液添加剂、电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电解液添加剂，其结构式Ⅰ如下所示：

【技术实现步骤摘要】
一种电解液添加剂、电解液和锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种电解液添加剂、电解液和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有质量轻，体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率高、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长等优点，不仅广泛被应用于手机、笔记本电脑和其他数码产品，也被视为电动汽车和大型能源存储设备的最好选择。目前，智能手机、平板电脑等的数码电子产品对电池能量密度的要求越来越高，商用的锂离子电池很难满足要求。提高锂离子电池能量密度最有效的方法是采用高容量正极材料或高电压正极材料。在高压电池中，当正极材料的充电电压升高时，电解液的氧解现象会加剧，从而导致电池性能恶化。此外，高压电池在使用过程中普遍存在正电极金属离子溶解的现象。特别是在电池长时间高温储存后，正电极金属离子的溶解进一步加剧，使得电池的保留容量较低。目前，商业化的高电压锂电池电压大于或等于4.3V时，高温循环性能差，高温存储性能也很差，主要反映在电芯鼓胀和内阻增加。造成这些问题的因素主要有：(1)电解液的氧解作用。在高压下，该正极活性物质具有较高的氧化活性，从而增加了该正极活性物质与电解质之间的反应活性。此外，在高温、高压下正电极和电解质之间的反应进一步加剧，使电解液氧化分解，分解产物不断沉积在正电极表面，阳极的表面特征退化，导致内阻增加和电池的厚度不断增加；(2)金属离子的溶解和正电极活性物质的还原。一方面，在高温下，LiPF6在电解液中是比较容易进行分解的，从而产生HF酸，HF腐蚀正电极，导致金属离子溶解，破坏正电极材料的结构，造成容量损失；另一方面，在高压下，电解液易在正电极处氧化，使得正电极活性物质中的金属离子容易被还原，溶解在电解液中，从而破坏了正电极材料的结构，造成容量损失。同时，溶解在电解液中的金属离子容易到达负极并破坏SEI膜的结构，不断提高负电极阻抗，加强电池自放电，不可逆容量增加，并导致性能恶化。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种能显著改善高压电池的高温储存和循环性能的电解液添加剂。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种电解液添加剂，其特征在于，其结构式Ⅰ如下所示：其中，R1选自3～6个碳原子的不饱和烷基，R2选自2～5个碳原子的烷基。由于本专利技术结构式Ⅰ所示的电解液添加剂的分子结构包括不饱和碳-碳键和氰化物，所以可以在电极表面发生聚合，形成含有多个氰化物的化合物，该化合物可与阴极材料表面的金属离子络合，从而抑制电极表面的电解质分解，以改善高压电池的高温存储和循环性。在结构式Ⅰ所表示的化合物中，R1基团的碳原子数对其性能有重要影响，经过深入研究发现，从3～6个碳原子的不饱和烷基中选择R1可以显著达到上述效果；当选择R1基团包含超过6个不饱和烷基碳原子时，复合电极表面上形成的阻抗很高，和金属离子的络合效果降低，反而降低电池的高温存储和循环性能。R2基团的选择对本专利技术电解液添加剂的的性能也有重要的影响，从2～5个碳原子的烷基中选择R2可以显著达到上述效果；当碳原子数大于5时，在电极表面形成的化合物的阻抗非常高，与金属离子的络合作用减弱，从而降低了电池的高温储存和循环性能。R1基团是一个线性支链不饱和烷基，例如丙烯基、丙烯基、丁烯基，戊烯基，己烯基、丙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基等。R2基团是一个烷基，可以是一个线性支链饱和的烷基，也可以是一个线性支链不饱和的烷基。比如乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基等。基于一个总的专利技术构思，本专利技术的第二个目的在于提供一种电解液，包括电解质锂盐、非质子溶剂和结构式Ⅰ所示的电解液添加剂。优选地，还包括添加剂Y。较佳地，所述添加剂Y选自VC、VEC和FEC中的一种或两种以上；或，所述添加剂Y选自1,3-PS和BS中的一种或两种。优选地，结构式Ⅰ所示的电解液添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.1～3％。结构式Ⅰ所表示的添加剂在电解质中的含量对其性能具有一定影响，当含量小于0.1％时，与金属离子的络合效果较差，难以充分提高电池的高温存储性能和循环性能；而当含量大于3％时，结构式Ⅰ所表达的化合物在电极表面形成了非常厚的无源膜，电池的内阻非常高，从而导致电池性能恶化。优选地，所述添加剂Y在所述电解液中的质量百分含量为0.5～2％。添加剂Y可以在石墨负极表面形成更稳定的SEI膜，从而显著提高锂离子电池的循环性能。组合使用结构式Ⅰ所表示的添加剂和添加剂Y能达到比单独使用其中任意一种更显著的改善高压电池的高温储存和循环性能的效果，其原因是两者之间具有协同效应。优选地，以锂离子计，所述电解质锂盐在所述电解液中的浓度为0.5～2mol/L。优选地，所述非质子溶剂选自EC、EMC、DEC、DMC和PC中的一种或两种以上。基于一个总的专利技术构思，本专利技术的第三个目的在于提供一种包含上述电解液的锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术的锂离子电池电解液添加剂能显著改善高压电池的高温储存和循环性能。该电解液添加剂添加应用于电池电解液，可同时在正负极活性物质表面形成致密、稳定的保护层，从而阻断溶剂与活性物质的直接接触，避免副反应的发生，有效提高锂离子电池在高温高电压下的循环性能。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下则结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或者优选值与任何范围下限或优选值的任意一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外地说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。下面对本专利技术的具体实施例做详细说明。(一)电解液的制备将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯脂(PC)和碳酸二乙酯(DEC)按照质量比为2:3:5的比例进行混合，混合均匀作为非质子溶剂；然后加入六氟磷酸锂(LiPF6)，以1.2mol/L锂离子浓度计算所需的六氟磷酸锂质量，搅拌均匀得到电解液母液；随后在此基础上添加不同比例的结构式Ⅰ所示的添加剂(其中，R1＝戊炔基，R2＝丁烯基)和添加剂Y(实施例1-4：VC:VEC:FEC＝1:2:1；实施例5-8：1,3-PS和BS)，得到对比例1～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，其结构式Ⅰ如下所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，其结构式Ⅰ如下所示：



其中，R1选自3～6个碳原子的不饱和烷基，R2选自2～5个碳原子的烷基。


2.一种电解液，其特征在于，包括电解质锂盐、非质子溶剂和权利要求1所述的电解液添加剂。


3.根据权利要求2所述的一种电解液，其特征在于，还包括添加剂Y。


4.根据权利要求3所述的一种电解液，其特征在于，所述添加剂Y选自VC、VEC和FEC中的一种或两种以上；或所述添加剂Y选自1,3-PS和BS中的一种或两种。


5.根据权利要求2～4任意一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，周建中，李明钧，孙伟，郭鑫，
申请(专利权)人：天能帅福得能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33