防过充电解液及锂电池制造技术

本发明专利技术涉及一种防过充电解液及锂电池，电解液由锂盐、非水有机溶剂和添加剂组成，添加剂包括防过充添加剂，其中锂盐占电解液重量的2％～20％；防过充添加剂占电解液重量的0.01％～20％；非水有机溶剂占电解液重量的70％～90％；防过充添加剂中含有磷酸磺酸酯基的苯醚衍生物，结构通式为。在电池达到过充电压时发生氧化，并在电极表面发生聚合反应，聚合层增大锂离子传输的阻力来增大电池内阻，从而实现防过充功能，有效提升了电池的过充安全性。防过充添加剂的加入为电解液带入大量的强吸电子能力的基团，减少电极副反应，不会显著增加电池内阻，对电池的循环稳定性和充电效率影响较小，同时该防过充添加剂氧化电势高，适用于三元等高电压体系。适用于三元等高电压体系。

【技术实现步骤摘要】
防过充电解液及锂电池


[0001]本专利技术属于电化学
，特别是涉及到一种防过充电解液及锂电池。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在风力、火力、和太阳能电站等储能系统以及电动汽车、电动二轮车、电动工具、医疗器械、航空航天、消费电子、军工等领域的广泛应用，其安全问题越来越受到人们的关注。一般来说，锂离子电池在短路、穿刺、撞击、过热、过充等极端情况下会引发热失控，其中过充引发的热失控尤为严重。为了防止电池因过充而导致的安全问题的出现，传统做法是采取对电池材料进行改性或使用断路保护装置、防爆安全装置以及在电池内部使用电压敏感膜等措施，这些方法都不能彻底解决锂离子电池的过充安全性问题。新的解决思路是使用防过充电解液添加剂，这种方法安全有效也十分方便。
[0003]防过充电解液添加剂的种类主要分为两种：一种是基于氧化还原法反应原理的，对添加剂进行氧化还原，这种添加剂在电池电压达到一定程度时在正极侧被氧化，扩散至负极侧被还原，以此来缓解电池过充效应，这种添加剂往往具有较低的氧化电势，在未能达到锂离子电池的正常工作电压时就发生氧化反应，影响锂离子电池容量的发挥；另一种是电聚合类添加剂，在一定电压下该添加剂会发生聚合反应，聚合产物覆盖在电极表面，增大电池内阻，减小充电电流，能有效地解决过充安全问题，但是这种添加剂用量较大，且不能减少电极副反应对电池内阻的影响，会加大电池的不可逆容量损失，会使电池的充电效率降低。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对防过充添加剂氧化电势过低、因增大电池内阻而导致的充电效率降低的问题，提供一种防过充电解液及锂电池。
[0005]为了实现上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种防过充电解液，由锂盐、非水有机溶剂和添加剂组成，所述添加剂包括防过充添加剂，所述防过充添加剂含有磷酸磺酸酯基的苯醚衍生物，结构通式为
[0006][0007]，所述防过充添加剂中R1、R2、R3分别为氟、氰基、异氰酸酯基、三甲基硅基、氟代三甲基硅基、三甲基硅氧基、氟代三甲基硅氧基、氟磺酰基、氟磺酸基、三氟甲磺酰基、三氟甲磺酸基、氟磺酰亚胺锂磺酰基、氟磺酰亚胺锂磺酸基、三氟甲磺酰亚胺锂磺酰基、三氟甲磺酰亚胺锂磺酸基、锂氧基、碳原子数为1
‑
6的烷基、碳原子数为1
‑
6的氟代烷基、碳原子数为1
‑
6的烷氧基、碳原子数为1
‑
6的氟代烷氧基中的一种。
[0008]进一步的，所述锂盐占所述电解液重量的百分比为2％～20％。
[0009]进一步的，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三氟甲磺酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、(氟磺酰)三氟甲基磺酰亚胺锂、四氯铝酸锂、六氟砷酸锂中的一种或者多种的组合。
[0010]进一步的，所述防过充添加剂占所述电解液重量的百分比为0.01％～20％。
[0011]进一步的，所述非水有机溶剂占所述电解液重量的百分比为70％～90％。
[0012]进一步的，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、γ
‑
丁内酯、二氧五环、四氢呋喃、二甲基三氟乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或者多种的组合。
[0013]进一步的，所述添加剂还包括其他添加剂，所述其他添加剂占所述电解液重量的百分比为0.1％～10％。
[0014]进一步的，所述其他添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内脂、1,4
‑
丁烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸丁烯酯、二氟磷酸锂中的一种或者多种的组合。
[0015]在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述隔膜设置在正极片和负极片之间。其中，所述电解液为本专利技术第一方面所述的防过充电解液。
[0016]有益效果：上述防过充的锂离子电池电解液，由锂盐、非水有机溶剂和添加剂组成，添加剂包括防过充添加剂，防过充添加剂内含有磷酸磺酸酯基的苯醚衍生物，结构通式为
[0017][0018]，当电池接近过充电压时，正极处于高电位状态，氧化性增大，促使防过充添加剂氧化并在正极表面聚合，形成的聚合层增大锂离子传输的阻力并提高电池内阻，限制充电电流从而实现防过充，有效提升电池的过充安全性。防过充添加剂内含有大量的酯基等强吸电子能力的基团，可以优化负极界面 SEI膜的性质，减少电极副反应导致的内阻增大的问题，改善了电池内阻对电池的循环稳定性和充电效率的影响。电池在充电时正极电位升高，防过充添加剂被氧化并发生聚合反应，此时被氧化时的氧化电势较高，抗高电位氧化能力强，适用于三元等高电压体系。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
[0020]下面根据本专利技术的防过充电解液及锂电池，结合实施例、对比例、测试过程以及测
试结果进行说明。
[0021]首先，说明本专利技术第一方面的防过充电解液。
[0022]一种防过充电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及添加剂。添加剂包括防过充添加剂和其他添加剂，防过充添加剂含有磷酸磺酸酯基的苯醚衍生物，其通式为
[0023][0024]，其中，R1、R2、R3分别为氟、氰基、异氰酸酯基、三甲基硅基、氟代三甲基硅基、三甲基硅氧基、氟代三甲基硅氧基、氟磺酰基、氟磺酸基、三氟甲磺酰基、三氟甲磺酸基、氟磺酰亚胺锂磺酰基、氟磺酰亚胺锂磺酸基、三氟甲磺酰亚胺锂磺酰基、三氟甲磺酰亚胺锂磺酸基、锂氧基、碳原子数为1
‑
6 的烷基、碳原子数为1
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6的氟代烷基、碳原子数为1
‑
6的烷氧基、碳原子数为 1
‑
6的氟代烷氧基中的一种。
[0025]本专利技术第一方面的防过充电解液中，当电池接近过充电压时，正极处于高电位状态，氧化性增大，促使防过充添加剂氧化并在正极表面聚合，形成的聚合层会增大锂离子传输的阻力，并提升电池内阻，限制充电电流从而实现防过充。其次，防过充添加剂内含有大量的酯基等强吸电子能力的基团，可以优化负极界面SEI膜的性质，改善电解液与负极材料间的相容性，减少电极副反应导致的内阻增大等问题，进而改善电池内阻对电池的循环稳定性和使用寿命的影响。再次，电池在充电时正极电位升高，在电池即将过压时，防过充添加剂被氧化并发生聚合反应是最理想的状态，且被氧化时的最低电位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防过充电解液，其特征在于，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括防过充添加剂，所述防过充添加剂内含有磷酸磺酸酯基的苯醚衍生物，结构通式为，所述防过充添加剂中R1、R2、R3分别为氟、氰基、异氰酸酯基、三甲基硅基、氟代三甲基硅基、三甲基硅氧基、氟代三甲基硅氧基、氟磺酰基、氟磺酸基、三氟甲磺酰基、三氟甲磺酸基、氟磺酰亚胺锂磺酰基、氟磺酰亚胺锂磺酸基、三氟甲磺酰亚胺锂磺酰基、三氟甲磺酰亚胺锂磺酸基、锂氧基、碳原子数为1
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6的烷基、碳原子数为1
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6的氟代烷基、碳原子数为1
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6的烷氧基、碳原子数为1
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6的氟代烷氧基中的一种。2.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于，所述锂盐占所述电解液重量的百分比为2％～20％。3.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三氟甲磺酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、(氟磺酰)三氟甲基磺酰亚胺锂、四氯铝酸锂、六氟砷酸锂中的一种或者多种的组合。4.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于，所述防过充添加剂占所述电解液重量的百分比为0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚德华，王亚飞，
申请(专利权)人：傲普上海新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：