一种锂离子电池电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池电解液及锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，包括锂盐、添加剂和有机溶剂，所述添加剂包含亚磷酸根取代磺酸酯类化合物，其结构式为：本发明专利技术包含亚磷酸根取代磺酸酯类化合物的电解液可以在正负极表面形成性能优良、稳定的CEI膜和SEI膜，电池循环过程中的电解液损耗和活性物质损耗大大降低，不仅能提高锂离子电池的低温性能，还可解决低温型锂离子电池电解液存在的高温产气问题，电池的循环性能也有所提升。电池的循环性能也有所提升。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有电压高、无记忆效应、高容量和长寿命等优点，是比较理想的化学电源，广泛应用于消费类电子产品、动力电池及储能领域。锂离子电池电解液是锂离子电池的重要组成部分，在锂离子电池正负极间起到离子传导作用，一般由电解质锂盐、有机溶剂和添加剂在一定条件下按一定比例配制而成。
[0003]目前，锂离子电池在使用过程中仍然存在容量不足、循环寿命短、低温充电析锂、高温产气等问题。在锂离子电池电解液中添加少量功效物质作为添加剂是提高锂离子电池性能最有效的方法之一，目前常见的有成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)，防产气添加剂1,3丙磺酸内酯(1,3
‑
PS)等，均在各自作用领域取得了一定的效果。
[0004]虽然上述添加剂在提升电池某些方面的性能上有一定效果，但往往与此同时会对电池其他方面性能带来不利影响，难以获得综合性能优异的锂离子电池。比如上述氟代碳酸乙烯酯虽可使电池低温性能有所提升，但与此同时也会带来电池高温产气严重继而引发安全方面问题；1,3丙磺酸内酯虽在抑制电池产气方面起到效果，但亦会同时带来低温性能极差甚至析锂继而引发短路起火等安全问题。因此，目前的锂离子电池仍然存在低温性能与高温产气不能兼顾的问题。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂离子电池电解液及锂离子电池，电解液成分中的亚磷酸根取代磺酸酯类化合物可以在正负极表面形成性能优良、稳定的CEI膜和SEI膜，提高锂离子电池的低温性能，改善低温型锂离子电池电解液存在的高温产气问题。
[0006]本专利技术提出的一种锂离子电池电解液，包括锂盐、添加剂和有机溶剂，所述添加剂包含如式(Ⅰ)或/和式(Ⅱ)所示的亚磷酸根取代磺酸酯类化合物：
[0007][0008]其中，R1、R2、R3各自独立地选自F、C1
‑
C5的烷基或氟代烷基、C6
‑
C9的苯基或氟代苯基、苯酚基、C1
‑
C5的烷氧基或氟代烷氧基，且R1、R2、R3中至少有1个选自F、C1
‑
C5的氟代烷基、C6
‑
C9的苯基或氟代苯基、C1
‑
C5的氟代烷氧基。
[0009]在本专利技术中，上述亚磷酸根取代磺酸酯类化合物中的磷氧单键的氧原子和硫氧单键的氧原子可根据需要连接其它基团进行修饰。
[0010]经研究发现，当上述亚磷酸根取代磺酸酯类化合物满足式(Ⅱ)、或式(Ⅰ)中R1、R2、R3至少有1个选自F、C1
‑
C5的氟代烷基、C6
‑
C9的苯基或氟代苯基、C1
‑
C5的氟代烷氧基中的一种时，对电池低温方面性能改善更明显，且由于亚磷酸根取代磺酸酯类化合物的正极CEI膜保护效果，含有上述基团不影响电池的高温性能。
[0011]优选地，所述亚磷酸根取代磺酸酯类化合物为以下化合物中的一种或一种以上：
[0012][0013][0014]优选地，所述亚磷酸根取代磺酸酯类化合物占电解液总质量的1～5％。
[0015]在本专利技术中，当亚磷酸根取代磺酸酯类化合物的含量过低时，不足以在正负极形成完美的SEI膜和CEI膜，进而获得良好的高低温性能；但当亚磷酸根取代磺酸酯类化合物的含量过高时，反而会因为成膜过厚，增加膜阻抗，降低电池性能；进一步优选地，所述亚磷酸根取代磺酸酯类化合物添加量占电解液总重量的3％最优。
[0016]优选地，所述添加剂还包含碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯、亚硫酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺内酯、1,4
‑
丁烷磺内酯、硫酸亚丙酯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种或一种以上。
[0017]优选地，所述有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙甲酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的两种或两种以上的混合。
[0018]优选地，所述锂盐选自选用六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或一种以上。
[0019]优选地，所述电解液包括以下质量百分含量的组分：锂盐10～15％、添加剂1～6％，余量为有机溶剂；其中，添加剂中亚磷酸根取代磺酸酯类化合物占电解液总质量的1～5％。
[0020]本专利技术还提出了一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和上述所述的电解液。
[0021]上述锂离子电池中，所述正极片包括正极集流体和正极活性浆料；所述负极片包括负极集流体和负极活性浆料。其中，正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂、负极活性材
料、负极导电剂、负极粘结剂的具体种类均不受到特别限制，可根据需求进行选择。
[0022]有益效果：本专利技术提出了一种包含亚磷酸根取代磺酸酯类化合物的电解液，将该电解液应用到电池中后，其可以在负极表面形成以Li2SO3等无机成分为主、薄且稳定的固体电解质相界面膜(SEI膜)，从而有效的减少电解液在负极的进一步分解，减少活性锂损耗，提高电池的循环性能，同时改善由于电解液分解产气造成电池臌胀的问题；此外，形成的以无机成分为主的SEI膜较薄，其阻抗较低，对电池低温性能的提升非常有益。该电解液还可在正极表面优先分解形成稳定的CEI膜覆盖在正极表面，防止电解液在正极分解产气，改善电池的高温性能。本专利技术中亚磷酸根取代磺酸酯类化合物的添加能够分别在正负极表面附近形成性能优良的SEI膜和CEI膜，电池循环过程中的电解液损耗和活性物质损耗大大降低，不仅能提高锂离子电池的低温性能，还可解决低温型锂离子电池电解液存在的高温产气问题，电池的循环性能也有所提升。
具体实施方式
[0023]本专利技术中亚磷酸根取代磺酸酯类化合物的结构式如式(Ⅰ)或/和式(Ⅱ)所示：
[0024][0025]其中，R1、R2、R3各自独立地选自F、C1
‑
C5的烷基或氟代烷基、C6
‑
C9的苯基或氟代苯基、苯酚基、C1
‑
C5的烷氧基或氟代烷氧基，且R1、R2、R3中至少有1个选自F、C1
‑
C5的氟代烷基、C6
‑
C9的苯基或氟代苯基、C1
‑
C5的氟代烷氧基。
[0026]具体的，本专利技术实施例中亚磷酸根取代磺酸酯类化合物优选为以下化合物中的一种或一种以上：
[0027][0028][0029]具体的，上述化合物1
‑
7的制备方法如下：
[0030](一)化合物1的合成路线如下：
[0031]1、
[0032]2、
[0033]3、
[0034](二)化合物2的合成路线如下：
[0035]1、
[0036]2、
[0037]3、
[0038](三)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，包括锂盐、添加剂和有机溶剂，其特征在于，所述添加剂包含如式(Ⅰ)或/和式(Ⅱ)所示的亚磷酸根取代磺酸酯类化合物：其中，R1、R2、R3各自独立地选自F、C1
‑
C5的烷基或氟代烷基、C6
‑
C9的苯基或氟代苯基、苯酚基、C1
‑
C5的烷氧基或氟代烷氧基，且R1、R2、R3中至少有1个选自F、C1
‑
C5的氟代烷基、C6
‑
C9的苯基或氟代苯基、C1
‑
C5的氟代烷氧基。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述亚磷酸根取代磺酸酯类化合物为以下化合物中的一种或一种以上：
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述亚磷酸根取代磺酸酯类化合物占电解液总质量的1～5％。4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂还包含碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：马云翔，梁大宇，王鹏，沈剑，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：