兼顾高温特性与低阻抗的非水电解液、其应用及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种兼顾高温特性与低阻抗的非水电解液、其应用及锂离子电池。本发明专利技术的非水电解液，以其总重为基准，包括以下质量分数的组分：非水性有机溶剂70‑90％、电解质锂盐5‑20％及添加剂；以非水电解液的总重为基准，所述添加剂包括二氟磷酸锂0.1‑2.5％、丙磺酸内酯0.1‑2.5％、双氟磺酰亚胺锂0.5‑3％、四乙烯基硅烷0.1‑1％和三(三甲基硅烷)磷酸酯0.1‑1.5％。本发明专利技术以TVS做为高温添加剂使用，抑制了电解液的高温产气及DCR增长；搭配降低阻抗的TMSP使用，并且平衡合适的用量，对冲因TVS的加入导致的初始阻抗升高，达到使电解液达到兼顾高温存储及倍率的目的。

【技术实现步骤摘要】
兼顾高温特性与低阻抗的非水电解液、其应用及锂离子电池
本专利技术涉及蓄电装置
，尤其涉及一种兼顾高温特性与低阻抗的非水电解液、其应用及锂离子电池。
技术介绍
近年来，蓄电装置，特别是锂二次电池，作为手机或笔记本型电脑等小型电子设备的电源、电动汽车或电力储藏用的电源而被广泛使用。其中，在平板终端或超级本(ultrabook)等薄型电子设备中，以及部分纯电动新能源车当中，较多采用在外包装部件中使用铝层压薄膜等层压薄膜的层压型电池或方型电池，但这些电池由于为薄型软包，因而容易产生因电芯内部气体的产生而发生的膨胀等变形的问题，该变形会严重影响电子设备及模组的正常工作。此外，新能源汽车市场对电池的倍率特性要求逐渐提升，特别是一些对倍率性能有要求的车辆(如PHEV等)在市场中占有不少份额，因此要求电池具有较低阻抗；而低阻抗特性好的电池往往高温保存方面产气偏高，无法有效的兼顾高低温性能。目前的高温电解液虽高温特性较好，但往往阻抗较高，无法满足倍率需求。另一方面，为了提高电池的容量，采用高电压正极材料是提高锂离子电池能力密度的有效途径，而高电压下，电解液易分解，导致产气较为严重，严重影响电芯的性能。为了降低电池阻抗，从电解液角度改善能较快地取得降低阻抗的效果。但是目前低阻抗的电解液，高温特性较差，高温产气较多、存储DCR增长较大。因此，亟需开发一种高电压下稳定性好、循环性较好、在高温存储时产气量较小、DCR增长较小的电解液。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种兼顾高温特性与低阻抗的非水电解液、其应用及锂离子电池，本专利技术的非水电解液在高电压下稳定性好、循环性较好、在高温存储方面产气量较小、DCR增长较小，可提高锂离子电池在高温高压下的电化学特性。本专利技术的第一个目的是公开一种非水电解液，以其总重为基准，包括以下质量分数的组分：非水性有机溶剂70-90％、除双氟磺酰亚胺锂之外的电解质锂盐5-20％及添加剂；以非水电解液的总重为基准，添加剂包括二氟磷酸锂(LiF2PO2)0.1-2.5％、丙磺酸内酯(PS)0.1-2.5％、双氟磺酰亚胺锂(LiFSi)0.5-3％、四乙烯基硅烷(TVS)0.1-1％和三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)0.1-1.5％。优选地，以非水电解液的总重为基准，添加剂包括二氟磷酸锂(LiF2PO2)0.1-2.5％、丙磺酸内酯(PS)0.1-2.5％、双氟磺酰亚胺锂(LiFSi)0.5-3％、四乙烯基硅烷(TVS)0.1-0.5％、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)0.3-1％。若TVS含量超过1.0％，对抑制产气效果无明显提高，且电解液的阻抗增加；TMSP含量高于1.5％，电解液的阻抗降低效果增益不明显，且高温特性变差。进一步地，添加剂还包括硫酸乙烯酯(DTD)，硫酸乙烯酯占非水电解液质量分数的2％以下。进一步地，添加剂还包括碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸亚乙烯酯占非水电解液质量分数的1％以下。进一步地，非水性有机溶剂选自碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙基甲酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸二甲酯(DMC)中的一种或几种。进一步地，非水性有机溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯。进一步地，碳酸亚乙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯的质量比为1-5:2-7:1-6:0-4。优选地，非水性有机溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸乙基甲酯和碳酸二乙酯，碳酸亚乙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯的质量比为3:5:2。本专利技术选择碳酸脂系溶剂作为非水性有机溶剂，具有较优的锂离子电导率，溶剂体系粘度较低，动力学性能较好，有助于形成稳定的SEI膜；同时混合溶剂沸点较高，化学窗口较稳定，兼顾了高温性能。进一步地，电解质锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)和/或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSi)。本专利技术的非水电解液中，添加使用的二氟磷酸锂、LiFSi等无机盐，可与EC等溶剂的分解产物在负极表面形成有机-无机电解质膜，减少正极过渡元素溶出迁移到负极造成的SEI膜破坏，减少还原性气体产生。同时，锂盐类添加剂能够取代部分电解质锂盐(如LiPF6)，降低PF5的浓度，由此减少其对电解质膜和正负极材料的破坏。PS可以惰化正极材料表面活性点位，减缓电解液的氧化分解反应。四乙烯基硅烷不饱和度高，其中双键基团能够捕获电聚合产生的自由基进行聚合成膜，由于含Si部分电子电导较差，电解质膜可以自主结束电聚合，控制膜的厚度。这样成的膜既能保护负极，又具有相当的稳定性，使电池具有良好的高温性能。电子电导带来的较高DCR阻抗可以通过调节溶剂比例、调整添加剂组成来平衡。三(三甲基硅烷)磷酸酯在正极表面形成CEI膜，对锂离子有较好通过性，能够降低阻抗，但其在高温下易分解，导致电芯高温特性变差。本专利技术中的非水电解液中缺少任何一种添加剂均无法达到预期效果，特别是通过添加四乙烯基硅烷来提高高温特性，通过三(三甲基硅烷)磷酸酯来降低四乙烯基硅烷造成的阻抗增加，提高倍率特性。本专利技术的第二个目的是公开上述非水电解液作为高电压锂离子电池的电解液中的应用，高电压锂离子电池的充电电压为5V以下。进一步地，高电压锂离子电池的高温保存温度范围为45℃～80℃。本专利技术的第三个目的是提供一种锂离子电池，包括：正极、负极、位于正极和负极之间的隔膜以及本专利技术的上述非水电解液；正极包括正极活性材料；负极包括负极集流体和设置于负极集流体上的负极膜片，负极膜片包括负极活性物质、负极导电剂和粘结剂。进一步地，正极活性材料为三元正极材料，三元正极材料的结构式为LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2，其中，L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si、W或Fe，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0.5≤x+y+z≤1。进一步地，负极活性物质选自碳系负极活性物质或石墨系负极活性物质；负极导电剂选自乙炔黑、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管和科琴黑中的一种或几种。进一步地，锂离子电池为袋型(软包)二次电池。进一步地，碳系负极活性物质选自结晶碳、无定形碳和碳复合材料中的一种或几种。进一步地，石墨系负极活性物质选自天然石墨和/或人造石墨。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术的非水电解液通过多种添加剂的组合，控制电解液在高电压(高达5V)下在高温(45℃～80℃)保存时的产气。以TVS做为高温添加剂使用，抑制了电解液的高温产气及DCR增长；搭配降低阻抗的TMSP使用，并且平衡合适的用量，对冲因TVS的加入导致的初始阻抗升高，达到使电解液达到兼顾高温存储及倍率的目的。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。附图说明图1是不同锂二次电池的高温存储后产气体积变化量测试结果；图2是不同锂二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解液，其特征在于，以其总重为基准，包括以下质量分数的组分：/n非水性有机溶剂70-90％、除双氟磺酰亚胺锂之外的电解质锂盐5-20％及添加剂；/n以所述非水电解液的总重为基准，所述添加剂包括二氟磷酸锂0.1-2.5％、丙磺酸内酯0.1-2.5％、双氟磺酰亚胺锂0.5-3％、四乙烯基硅烷0.1-1％和三(三甲基硅烷)磷酸酯0.1-1.5％。/n

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，其特征在于，以其总重为基准，包括以下质量分数的组分：
非水性有机溶剂70-90％、除双氟磺酰亚胺锂之外的电解质锂盐5-20％及添加剂；
以所述非水电解液的总重为基准，所述添加剂包括二氟磷酸锂0.1-2.5％、丙磺酸内酯0.1-2.5％、双氟磺酰亚胺锂0.5-3％、四乙烯基硅烷0.1-1％和三(三甲基硅烷)磷酸酯0.1-1.5％。


2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述添加剂还包括硫酸乙烯酯，所述硫酸乙烯酯占非水电解液质量分数的2％以下。


3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯，所述碳酸亚乙烯酯占非水电解液质量分数的1％以下。


4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述非水性有机溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述非水性有机溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李轶，余乐，王仁和，
申请(专利权)人：远景动力技术江苏有限公司，远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32