一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高电压锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂、氟代碳酸酯类化合物和添加剂，所述添加剂包括不对称取代磷酸酯类添加剂、腈类添加剂和其他添加剂。本发明专利技术的高电压锂离子电池非水电解液通过优化配方，在独特组合的多种组分的协同作用下，使电解液体系兼具高能量密度、高安全性能，有利于满足电解液在高电压下对高温性能、低温性能和安全性能的需求，进而提高了高电压锂离子电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池。
技术介绍
随着生活质量的提高和科技的发展，人们对锂离子电池的关注程度不断增加，尤其是近年来，锂离子电池因具有比容量高、循环寿命长，无记忆效应以及对环境友好等优点而备受人们的关注，同时，为了满足科技进步的需要，人们也对锂离子电池提出了更高的要求。提高现有体系的工作电压和开发高比容量电池体系是解决电池能量密度的关键途径。然而，传统的锂离子电池电解液是以LiPF6溶解在碳酸酯类溶剂中组成的，常规碳酸酯类溶剂的电解液的电化学窗口<4.3V，当电压>4.3V时，电解液容易在正极表面氧化分解，产生气体、高的界面阻抗和电池容量衰减，同时，高电压下金属阳离子在电解液中的分解，会造成电池结构的破坏，以及影响电池安全性。但是，开发新的电解液体系历时时间长，耗费成本高，但在目前电解液体系的基础上，开发新型添加剂，通过较低的添加量，就能满足电解液所需的特殊性能，同时有利于降低成本，从而被广大科研工作者所青睐。如中国专利CN110380113A公开了高电压锂离子电池电解液用添加剂及其应用，该专利技术的锂离子电池电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，添加剂为含有双腈基官能团的酯类化合物和其他添加剂，能够在高电压正极材料的表面生成保护膜，在提高锂离子电池能量密度的基础上，进一步提高了锂离子电池的循环寿命和高温存储性能。不足之处是该锂离子电池的低温循环性能不佳。磷酸酯类化合物尤其是不饱和磷酸酯类化合物，作为电解液正极材料的成膜添加剂，也有广泛的研究。然而，通常所用的磷酸酯类添加剂三个基团的不饱和取代容易造成正极表面的聚合反应，导致膜阻抗增加。如中国专利CN108336404A公开了一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池。所述非水电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂选自磷酸酯类化合物。该电解液能起到很好的阻燃效果，增加了电池的安全性能，电池的循环性能也大大提升，但是，该添加剂成膜阻抗较大，不利于电池在低温下的循环性能。
技术实现思路
为了克服上述
技术介绍
的不足，本专利技术提供了一种高电压锂离子电池非水电解液及其锂离子电池。本专利技术的高电压锂离子电池非水电解液通过优化配方，在独特组合的多种组分的协同作用下，使电解液体系兼具高能量密度、高安全性能，有利于满足电解液在高电压下对高温性能、低温性能和安全性能的需求，进而提高了高电压锂离子电池的电化学性能。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高电压锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂、氟代碳酸酯类化合物和添加剂，所述添加剂包括不对称取代磷酸酯类添加剂、腈类添加剂和其他添加剂。优选地，所述氟代碳酸酯类化合物结构式如式(Ⅰ)所示：其中，R1和R2分别表示取代或未取代的碳原子数为1-6的烷基或烷氧基，所述取代基为氟原子，且R1和R2中至少有一个为碳原子为1-6的氟代烷基或氟代烷氧基。更优选地，所述氟代碳酸酯类化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：优选地，所述不对称取代磷酸酯类添加剂结构式如式(Ⅱ)所示：其中，R3选自C1～C8的不饱和氟代烷基、烯烃基、炔烃基；R4选自C1～C8的烷基、氟代烷基、苯基；而且，R3与R4不同。更优选地，所述式(Ⅱ)所示化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：优选地，所述氟代碳酸酯类化合物的含量为高电压锂离子电池非水电解液总质量的5-20％。优选地，所述不对称取代磷酸酯类添加剂的含量为高电压锂离子电池非水电解液总质量的0.5-6％。优选地，所述腈类添加剂选自丁二腈(SN)、己二腈(ADN)、戊二腈(GN)、己烷三腈(HTN)中的一种或多种，所述腈类添加剂的含量为高电压锂离子电池非水电解液总质量的0.1-3％。优选地，所述其他添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、三(三甲基硅基)亚磷酸酯(TMSP)、1，3-丙烷磺内酯(PS)、三(三甲基硅基)硼酸酯(TMSB)中的一种或多种，所述其他添加剂的含量为高压锂离子电池非水电解液总质量的10-15％。更优选地，所述其他添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内脂(PS)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)的混合物，所述混合物中碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内脂(PS)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)的质量比为1：(1-2)：(5-20)。优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟磷酸锂(LiDFP)中的一种或多种，所述锂盐的含量为高压锂离子电池非水电解液总质量的0.5-2M。本专利技术中的有机溶剂可选用链状碳酸酯、环状碳酸酯、羧酸酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)中的一种或多种；所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种；所述羧酸酯选自乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、乙酸甲酯(MA)、乙酸丙酯(PE)、丙酸甲酯(MP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)中的一种或多种。优选地，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、丙酸乙酯(EP)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合物。更优选地，所述混合物中碳酸乙烯酯(EC)、丙酸乙酯(EP)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)的质量比为(20-30)：(30-40)：(5-15)：(25-40)。本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池含有以上所述的高电压锂离子电池非水电解液。优选地，所述锂离子电池的制备方法包括将本专利技术的高电压锂离子电池非水电解液在含惰性气体的手套箱中，注入到经过充分干燥的4.45V的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨软包电池中，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口工序。本专利技术的高电压锂离子电池非水电解液中的氟代碳酸酯类化合物中的氟原子的电负性较强，极性较弱，氟代碳酸酯类化合物的化学稳定性优异，可在负极形成LiF保护层，且形成的固态膜致密稳定，使得负极材料的孔隙减少，可逆性提高，降低了腈类添加剂和负极的不相容性，有利于提高电池的电化学性能；不完全取代的磷酸酯类添加剂易于在正极氧化成膜，降低了三个不饱和取代基造成的聚合反应，形成的膜阻抗降低，有利于锂离子电池的低温性能；腈基的热稳定性好，电化学窗口宽，通常在5V级高电压锂离子电池中很难分解，与磷酸酯类添加剂搭配使用具有很好的阻燃效果，且腈类和碳酸酯类混合作为共溶剂，与石墨具有较好的相容性，利于在高压下使用。本专利技术的高电压锂离子电池非水电解液通过优化配方，在独特组合的多种组分的协同作用下，使电解液体系兼具高能量密度、高安全性能，有利于满足电解液在高电压下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂、氟代碳酸酯类化合物和添加剂，所述添加剂包括不对称取代磷酸酯类添加剂、腈类添加剂和其他添加剂。/n

【技术特征摘要】
20200609 CN 20201051571221.一种高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂、氟代碳酸酯类化合物和添加剂，所述添加剂包括不对称取代磷酸酯类添加剂、腈类添加剂和其他添加剂。


2.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述氟代碳酸酯类化合物结构式如式(Ⅰ)所示：



其中，R1和R2分别表示取代或未取代的碳原子数为1-6的烷基或烷氧基，所述取代基为氟原子，且R1和R2中至少有一个为碳原子数为1-6的氟代烷基或氟代烷氧基。


3.根据权利要求2所述的高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述氟代碳酸酯类化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：

。


4.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述不对称取代磷酸酯类添加剂结构式如式(Ⅱ)所示：



其中，R3选自C1～C8的不饱和氟代烷基、烯烃基、炔烃基；R4选自C1～C8的烷基、氟代烷基、苯基；而且，R3与R4不同。


5.根据权利要求4所述的高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述式(Ⅱ)所示化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：

。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹青青，杨冰，周彤，吴杰，
申请(专利权)人：杉杉新材料衢州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33