一种用于高电压钴酸锂电池的电解液及钴酸锂电池制造技术

本发明专利技术公开了一种用于高电压钴酸锂电池的电解液及钴酸锂电池，其中,电解液包括：锂盐电解质、有机溶剂和添加剂；其中，添加剂包括：碳酸亚乙烯酯、二氟甲基草酸磷酸酯、七氟丁酸酐、二乙烯基四(三甲基硅氧基)二硅氧烷。本发明专利技术通过添加剂中的这四种物质的相互作用，实现电解液在高电压下的优良电性能。电解液在高电压下的优良电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高电压钴酸锂电池的电解液及钴酸锂电池


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种用于高电压钴酸锂电池的电解液及钴酸锂电池。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，人们对消费类电子产品、电动交通工具的要求日益提高。钴酸锂体系锂离子电池依据其优异的循环稳定性、较高的体积能量密度和循环寿命，至今仍占据着消费电子市场的大量份额。今天的智能消费电子产品需要高能量密度的锂电池来延长产品的工作时间和使用寿命，为满足大众需求，必须开发更高能量密度、功率密度的锂离子电池来实现长久续航及储能。目前商用的钴酸锂电池充电截止电压大多在4.4V，比容量为160mAh/g，与其理论比容量275mAh/g还有一定的距离，所以钴酸锂体系电池还有很大的开发潜力，提升其电池性能具有现实经济意义。
[0003]发展高能量密度锂电池可以通过提高电池工作电压的手段，使正负极材料发挥出更高的比容量，进而提高锂离子电池的质量能量密度和体积能量密度，同时还可以降低锂电池成本，成为近些年人们研究的热点。
[0004]但在研究高电压锂电池的过程中，人们发现随着锂离子电池工作电压的升高，传统的锂电池电解液不仅会自身氧化分解，还会和正极材料发生不可逆化学反应，持续消耗活性锂，导致电池阻抗增大，容量保持率低，性能劣化，严重缩短了电池的使用寿命，因此针对高电压锂电池进行相匹配的电解液技术开发就成为关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种用于高电压钴酸锂电池的电解液及钴酸锂电池，该电解液的应用能够确保高电压钴酸锂电池体系的稳定性，并实现其优良的电性能。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于高电压钴酸锂电池的电解液，所述用于高电压钴酸锂电池的电解液，包括：锂盐电解质、有机溶剂和添加剂；
[0007]所述添加剂包括：碳酸亚乙烯酯、二氟甲基草酸磷酸酯、七氟丁酸酐、二乙烯基四(三甲基硅氧基)二硅氧烷。
[0008]优选的，所述锂盐电解质包括：六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双(三氟甲基磺酰亚胺)锂中的一种或几种；
[0009]所述锂盐电解质的质量占所述电解液总质量的10％
‑
20％。
[0010]优选的，所述有机溶剂包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲脂、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、1，4
‑
丁内酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯、及其卤代衍生物中的任意一种或几种的混合物；
[0011]所述有机溶剂的质量占所述电解液总质量的70％
‑
85％。
[0012]进一步优选的，所述有机溶剂为所述碳酸乙烯酯、所述碳酸丙烯酯、所述碳酸乙烯
酯的卤代衍生物氟代碳酸乙烯酯和所述碳酸甲乙酯的混合物；
[0013]其中，所述碳酸乙烯酯的质量占所述有机溶剂的总质量的5％
‑
15％，所述碳酸丙烯酯的质量占所述有机溶剂的总质量的5％
‑
15％，所述氟代碳酸乙烯酯的质量占所述有机溶剂的总质量的3％
‑
10％，所述碳酸甲乙酯的质量占所述有机溶剂的总质量的60％
‑
80％。
[0014]优选的，所述添加剂的质量占所述电解液总质量的0.75％
‑
10％；其中，所述碳酸亚乙烯酯的质量占所述电解液总质量的0.05％
‑
0.3％、所述二氟甲基草酸磷酸酯的质量占所述电解液总质量的0.5％
‑
5％、所述七氟丁酸酐占所述电解液总质量的0.1％
‑
2％、所述二乙烯基四(三甲基硅氧基)二硅氧烷占所述电解液总质量的0.1％
‑
2％。
[0015]优选的，所述添加剂还包括：硫酸乙烯酯和/或己二腈；
[0016]其中，所述硫酸乙烯酯的质量占所述电解液总质量的0.1％
‑
1％；所述己二腈的质量占所述电解液总质量的0.1％
‑
1％。
[0017]优选的，所述高电压钴酸锂电池为工作电压在4.4V及以上的钴酸锂电池。
[0018]第二方面，本专利技术实施例提供了一种添加剂，所述添加剂用于上述第一方面的电解液中；所述添加剂包括：碳酸亚乙烯酯、二氟甲基草酸磷酸酯、七氟丁酸酐、二乙烯基四(三甲基硅氧基)二硅氧烷；其中，所述二氟甲基草酸磷酸酯的结构式为：
[0019][0020]所述二氟甲基草酸磷酸酯通过在干燥的三颈圆底烧瓶中，依次加入二氯甲烷、二氟甲基磷酸、吡啶，在冰浴条件下充分搅拌滴入草酰氯后，充分反应后过滤，加水萃取，最后减压蒸馏溶剂，收集馏分得到。
[0021]第三方面，本专利技术实施例提供了一种高电压钴酸锂电池，所述高电压钴酸锂电池包括第一方面所述的用于高电压钴酸锂电池的电解液。
[0022]优选的，所述高电压钴酸锂电池的充电截止电压为4.4V及以上。
[0023]本专利技术实施例提供的用于高电压钴酸锂电池的电解液,其添加剂碳酸亚乙烯酯在首次化成中只参与负极固态电解质界面(SEI)膜的形成，并形成稳定的SEI，在形成SEI膜后消耗殆尽，阻止其在正极因高电压不稳定造成的负面影响；高电压下二氟甲基草酸磷酸酯和七氟丁酸酐氧化分解,在正极材料表面形成含有LiF和无机磷酸盐的正极
‑
电解质界面相(CEI)膜，该CEI膜均匀致密，完全包覆住钴酸锂颗粒，避免正极材料表面与电解液直接接触，抑制正极材料中具有高氧化性的过渡金属离子溶出，减少电解液的持续氧化分解，确保电池体系的稳定性；二乙烯基四(三甲基硅氧基)二硅氧烷由于在多甲基的作用下，硅氧键的键能能发生变化，使其容易与电解液中的HF发生反应，从而减少电解液中HF的含量，避免HF对电极材料表面及固态电解质膜的攻击，进而保护电极表面及电解液组分的稳定。本申请通过添加剂中这四种物质的相互作用，实现电解液在高电压下的优良电性能。
具体实施方式
[0024]下面通过具体的实施例，对本专利技术进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。
[0025]本专利技术实施例提供了一种用于高电压钴酸锂电池的电解液，用于高电压钴酸锂电池的电解液，包括：锂盐电解质、有机溶剂和添加剂。
[0026]锂盐电解质包括：六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双(三氟甲基磺酰亚胺)锂中的一种或几种；锂盐电解质的质量占电解液总质量的10％
‑
20％。
[0027]有机溶剂包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲脂、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、1，4
‑
丁内酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯、及其卤代衍生物中的任意一种或几种的混合物；有机溶剂的质量占电解液总质量的70％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高电压钴酸锂电池的电解液，其特征在于，所述用于高电压钴酸锂电池的电解液，包括：锂盐电解质、有机溶剂和添加剂；所述添加剂包括：碳酸亚乙烯酯、二氟甲基草酸磷酸酯、七氟丁酸酐、二乙烯基四(三甲基硅氧基)二硅氧烷。2.根据权利要求1所述的用于高电压钴酸锂电池的电解液，其特征在于，所述锂盐电解质包括：六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或双(三氟甲基磺酰亚胺)锂中的一种或几种；所述锂盐电解质的质量占所述电解液总质量的10％
‑
20％。3.根据权利要求1所述的用于高电压钴酸锂电池的电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲脂、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、1，4
‑
丁内酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯、及其卤代衍生物中的任意一种或几种的混合物；所述有机溶剂的质量占所述电解液总质量的70％
‑
85％。4.根据权利要求3所述的用于高电压钴酸锂电池的电解液，其特征在于，所述有机溶剂为所述碳酸乙烯酯、所述碳酸丙烯酯、所述碳酸乙烯酯的卤代衍生物氟代碳酸乙烯酯和所述碳酸甲乙酯的混合物；其中，所述碳酸乙烯酯的质量占所述有机溶剂的总质量的5％
‑
15％，所述碳酸丙烯酯的质量占所述有机溶剂的总质量的5％
‑
15％，所述氟代碳酸乙烯酯的质量占所述有机溶剂的总质量的3％
‑
10％，所述碳酸甲乙酯的质量占所述有机溶剂的总质量的60％
‑
80％。5.根据权利要求1所述的用于高电压钴酸锂电池的电解液，其特征在于，所述添加剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文彦，高田慧，张振宇，盖建丽，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：