一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，包括氟磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂、非水溶剂、负极成膜添加剂碳酸乙烯亚乙烯酯和正极成膜添加剂二异丙基氰基膦。其中的二异丙基氰基膦，能抑制电解液在高电压下的分解，使电解液在较高的电压下工作时保持性能稳定，且形成高电压下仍稳定的界面膜。碳酸乙烯亚乙烯酯促进二氟二草酸磷酸锂分解形成的氟化锂均匀嵌入SEI膜中，形成的SEI膜阻抗低且导电性好，提高电池的低温性能和循环寿命；由本发明专利技术的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液制备的锂离子电池在高达4.5V的充电截止电压下使用时，仍具备良好的循环性能、高温性能和低温性能。高温性能和低温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液。

技术介绍

[0002]锂离子电池在高能量应用市场中占据主导地位。随着锂离子电池能量密度的持续提升，传统的LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2（NCM111）、LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2（NCM523）等中低镍三元材料已经无法满足高比能电池的需求，提高三元材料容量主要有两种方法：提高镍含量和提升充电截止电压。但是提高镍含量会使得三元材料的制备难度加大、制造成本增加，因此近年来提升NCM111和NCM523等材料的充电电压就成为了主流提升电池能量密度的方法。
[0003]在通常的较低充电截止电位下（如≤4.3V vs Li｜Li
+
），NCM脱出的锂是有限的。提高低镍（Ni≤60%）NCM正极比容量的一种重要方法是提高电池的充电截止电压，使其脱锂程度更高。但是，高电压下电池由于正极材料结构的变化、电解质界面的变化等，使得电池的容量衰减严重，比如，当锂离子电池的充电截止电压升高至4.5V时，锂离子电池的循环性能明显变差，电池的高温性能和低温性能也较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的为：提供一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，可以使锂离子电池在高达4.5V的充电截止电压下使用时，仍具备良好的循环性能、高温性能和低温性能。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，包括锂盐、非水溶剂、负极成膜添加剂和正极成膜添加剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂和二氟二草酸磷酸锂，所述负极成膜添加剂为碳酸乙烯亚乙烯酯，所述正极成膜添加剂为二异丙基氰基膦，二异丙基氰基膦的结构式为：。
[0006]本专利技术的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液中含有正极成膜添加剂，正极成膜添加剂二异丙基氰基膦，能够抑制电解液在高电压下的氧化分解，拓宽了电解液的工作电压窗口，使得由此电解液制备的锂离子电池在较高的电压下工作时保持性能稳定。另外，由于二异丙基氰基膦形成含磷的正极电解质界面膜（简称CEI膜）在正极表面具有很好的稳定性，即使在高电压下也能够有效减少电极与电解液的直接接触，从而有效抑制电解液的的分解，减弱过渡金属离子的溶解和正极材料的破坏。
[0007]负极成膜添加剂碳酸乙烯亚乙烯酯在电池的化成充电过程中，会在1.35V即分解且在石墨负极上形成有机的负极电解质界面膜（简称SEI膜），这种有机的SEI膜能够有效阻隔和过滤与锂离子结合在一起的电解液有机分子，有效地阻止溶剂化的锂离子与负极石墨
接触并嵌入到石墨的层间结构中，防止电解液通过溶剂化的锂离子形式于循环过程中在负极的逐渐分解。并且，这种有机的SEI膜的阻抗大，这会导致电池在低温下使用时锂离子在负极表面还原而析锂，导致电池的低温性能变差。而碳酸乙烯亚乙烯酯可以促进二氟二草酸磷酸锂中氟磷键的断裂，在本专利技术的电解液中同时使用了负极成膜添加剂碳酸乙烯亚乙烯酯和二氟二草酸磷酸锂，可以在碳酸乙烯亚乙烯酯在形成有机的SEI膜的同时，将由二氟二草酸磷酸锂中氟磷键断裂形成的氟化锂嵌入到含有P
‑
O
‑
C的SEI膜中且均布，使得所形成的有机SEI膜中无机成份含量更高，形成的由无机和有机成分有序结合的SEI膜更加稳定，且这种含有氟化锂的SEI膜的离子导电性更好，阻抗更低，不仅能够有效阻止电解液与负极的直接接触，并且导电性好，锂离子不易在负极表面析出成为锂枝晶，有利于提高电池的低温性能。另外，二氟二草酸磷酸锂还可以有效降低电解液的粘度，提升电解液自身的电导率。六氟磷酸锂和二氟二草酸磷酸锂同时使用，可以协同地在正极和负极上形成稳定且快速导锂离子的含有无机和有机成份的SEI膜和CEI 膜，减少电池在高电压下工作时的界面发生的副反应，有效提升三元正极材料在高电压下使用时的循环寿命。
[0008]优选地，所述负极成膜添加剂的质量占电解液总质量的0.3%
‑
2%。0.3%
‑
2%的负极成膜添加剂可以形成完整有效的SEI膜，又不会过多残留在电解液中。
[0009]优选地，所述正极成膜添加剂的质量占电解液总质量的0.5%
‑
3%。
[0010]优选地，所述锂盐中六氟磷酸锂的质量占电解液总质量的13.0%，二氟二草酸磷酸锂的质量占电解液总质量的0.5%
‑
2.5%。在保持六氟磷酸锂13.0%，二氟二草酸磷酸锂0.5%
‑
2.5%的配比，可以使形成的氟化锂无机成份与有机的SEI膜中镶嵌比例适当并均匀。
[0011]优选地，所述非水溶剂为环状碳酸酯或线性碳酸酯。
[0012]优选地，所述线性碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合。
[0013]优选地，所述非水溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯以质量比1:5:7的混合。按照上述比例配制的非水溶剂，较低的碳酸乙烯酯含量有利于电池的低温充放电，改善电池的低温性能；并且，三者的混合使用可以改善电解液在高电压下热力学稳定性，且具有良好的导电性。
[0014]本专利技术的有益效果为：本专利技术的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，其正极成膜添加剂二异丙基氰基膦，能够抑制电解液在高电压下的氧化分解，使电解液在较高的电压下工作时保持性能稳定，且能在正极表面形成高电压下仍很稳定的界面膜，从而减弱过渡金属的溶解和正极材料的破坏。负极成膜添加剂碳酸乙烯亚乙烯酯促进二氟二草酸磷酸锂中氟磷键断裂，形成的氟化锂均匀嵌入到含有P
‑
O
‑
C的SEI膜中，由此形成的无机与有机成份有序结合的稳定的SEI膜阻抗低且导电性好，提高电池的低温性能和循环寿命；因此，由本专利技术的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液制备的锂离子电池的高电压电解液在高达4.5V的充电截止电压下使用时，仍具备良好的循环性能、高温性能和低温性能。
具体实施方式
[0015]下面结合实施例对本专利技术做详细说明。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]实施例11、配制一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液：在充满氩气的手套箱 (水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯以1:5:7质量比混合均匀制成非水溶剂，在非水溶剂中加入基于电解液总质量0.5%的二异丙基氰基膦、1.0%的碳酸乙烯亚乙烯酯、1.5%的二氟二草酸磷酸锂，然后再缓慢加入基于电解液总质量13.0%的六氟磷酸锂，搅拌至其完全溶解，即得到匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液。
[0017]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，其特征在于，包括锂盐、非水溶剂、负极成膜添加剂和正极成膜添加剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂和二氟二草酸磷酸锂，所述负极成膜添加剂为碳酸乙烯亚乙烯酯，所述正极成膜添加剂为二异丙基氰基膦，二异丙基氰基膦的结构式为：。2.如权利要求1所述的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，其特征在于，所述负极成膜添加剂的质量占电解液总质量的0.3%
‑
2%。3.如权利要求2所述的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，其特征在于，所述正极成膜添加剂的质量占电解液总质量的0.5%
‑
3%。4.如权利要求3所述的匹...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨书廷，李娟，岳红云，刘鹏宇，
申请(专利权)人：河南电池研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：