一种非水锂离子电池电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种非水锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂；所述成膜添加剂包括至少一种具有式(I)或式(II)结构的不饱和环状磷酸酯类化合物。含有该结构化合物的非水锂离子电池电解液，可以在正极材料表面聚合形成钝化膜，不仅提高了正极材料在高温、高电压条件下的稳定性能，并且阻止电解液发生进一步的氧化分解，抑制产气，进而提升锂离子电池的常温循环性能、高温循环性能和高温储存性能；同时也可以在负极材料表面聚合形成含POR成分的钝化膜，提高负极稳定性，减少无机成分，降低SEI膜阻抗，亦可降低传统负极成膜添加剂的添加量，降低产气量。降低产气量。降低产气量。

【技术实现步骤摘要】
一种非水锂离子电池电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术属于非水锂离子电池电解液
，涉及一种非水锂离子电池电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池的研制成功，可以称得上是在二次电池历史上的一次飞跃，特别是新能源汽车的驱动以及便携能源储存设备的发展，对于锂离子电池的性能要求越来越高，比如高能量密度、快充、宽温域等。提高锂离子电池工作电压或增加Ni含量提高比容量是提高电池能量密度的有效途径。但不断提高电池工作电压，工作温度，一方面会增加正极材料的不稳定性，造成结构坍塌、释氧、过度金属离子溶出等导致性能恶化；另一方面，高压下正极表面处于高氧化态，活性较高，容易催化电解液分解，造成产气、锂离子嵌道堵塞等，从而加速电池性能的劣化和失效。
[0003]电解液是影响电池综合性能的关键因素，特别地，电解液中的添加剂对电池的各项性能的发挥尤其重要。电解液在首次充放电的过程中，电解液会部分分解，从而在电极材料表面形成一层钝化膜，称为固体电解质界面膜(SEI，正极CEI膜)。SEI膜或CEI的化学组成及结构对于提升电池工作电压、工作温度、循环寿命起到了关键性的作用。通过少量添加剂的加入优化SEI/CEI膜的成分是改善电池性能最经济便捷的方法。目前实用化的非水锂离子电池电解液是添加传统的成膜添加剂如碳酸亚乙烯酯(缩写VC)或氟代碳酸乙烯酯(缩写FEC)的非水电解液，但VC的高电压稳定性较差，FEC高温下容易分解产气。因此，在高电压高温条件下，这些添加剂很难满足锂离子电池在高电压下和高温下的循环的性能要求。r/>[0004]磷酸酯类化合物因其较好的热力学稳定性和阻燃性，作为阻燃添加剂广泛被报道，近年来，不少研究者发现其可以作为正成膜添加剂提高电解液的高压稳定性。如专利申请201410534841.0中公开了一种含三键的磷酸酯化合物新型成膜添加剂，其不仅可以改善高温循环性能，还能明显改善储存性能。但本领域的科技工作者在研究中发现，三键的磷酸酯添加剂在正负极界面均能成膜，其成膜阻抗较大，明显劣化了低温性能。如中国专利号CN112290090A公开了一种高镍三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的电池。该高镍三元锂离子电池非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，其中，所述成膜添加剂中含有磷基化合物，其添加剂量在0.5～5％，不足之处该类物质添加剂量大于1％时，会导致电池界面阻抗增大，降低电池的电化学性能。如中国专利号CN 113078357 A公开了一种高电压锂离子电池非水电解液，该电解液包括电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，其中，成膜添加剂包括环状磷酸酯类化合物，其可在正极成膜，抑制溶剂氧化分解，同样存在阻抗增大的问题，需要加入低阻抗的锂盐添加剂混用去改善，且不能抑制产气问题。
[0005]因此，如何找到一种更为适宜的用于锂离子电池非水电解液的添加剂，解决上述现有技术中存在的问题，进一步提升锂离子电池的性能，已成为本领域诸多一线研究人员及科研企业亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种非水锂离子电池电解液及锂离子电池。本专利技术提供的含有不饱和五元环状磷酸酯(磷酸亚乙烯酯)及衍生物的非水电解液，不仅提高了正极材料在高温、高电压条件下的稳定性能，并且能够抑制产气，进而提升锂离子电池的常温循环性能、高温循环性能和高温储存性能。
[0007]本专利技术提供了一种非水锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂；
[0008]所述成膜添加剂包括至少一种具有式(I)或式(II)结构的不饱和环状磷酸酯类化合物：
[0009][0010][0011]其中，R各自独立的选自氟代或非氟代的C1～C4的烷基、烯基、炔基、氰基、芳香基或三甲基硅烷基。
[0012]优选的，所述不饱和环状磷酸酯类化合物具有如式(1)～(8)任意一项所示的结构：
[0013][0014]所述R选自甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、2,2,2
‑
三氟代乙基、1,1,1,3,3,3
‑
六氟
‑2‑
丙基、氰乙基、氰丙基、氰丁基、氰苯基、苯基、甲苯基或三甲基硅烷基。
[0015]优选的，所述非水锂离子电池电解液中还包括其他成膜添加剂；
[0016]所述其他成膜添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、丙烯基
‑
1,3
‑
磺酸内酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯和甲烷二磺酸亚甲酯的一种或多种；
[0017]所述其他成膜添加剂在电解液中的质量百分含量为0.5％～7.0％。
[0018]优选的，所述其他成膜添加剂具体为碳酸亚乙烯酯和1,3
‑
丙烷磺酸内酯的组合，或者为氟代碳酸乙烯酯和1,3
‑
丙烷磺酸内酯的组合；
[0019]所述碳酸亚乙烯酯和1,3
‑
丙烷磺酸内酯的组合中，碳酸亚乙烯酯的质量占电解液总质量的1.5％，1,3
‑
丙烷磺酸内酯的质量占电解液总质量的0.8％；
[0020]所述氟代碳酸乙烯酯和1,3
‑
丙烷磺酸内酯的组合中，氟代碳酸乙烯酯的质量占电解液总质量的5％，氟代碳酸乙烯酯的质量占电解液总质量的0.8％。
[0021]优选的，所述不饱和环状磷酸酯类化合物在电解液中的质量百分含量为0.1％～5.0％；
[0022]所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和四氟硼酸锂中的两种或多种的混合锂盐；
[0023]所述电解质锂盐添加量占电解液总质量的13.0％～16.5％。
[0024]优选的，所述混合锂盐包括六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂的组合，或，六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂和二氟磷酸锂的组合；
[0025]所述六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂的组合中，六氟磷酸锂的质量占电解液总质量的12.5％，双氟磺酰亚胺锂的质量占电解液总质量的0.5％；
[0026]所述六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂和二氟磷酸锂的组合中，六氟磷酸锂的质量占电解液总质量的12.5％，双氟磺酰亚胺锂的质量占电解液总质量的0.5％，二氟磷酸锂的质量占电解液总质量的2.0％。
[0027]优选的，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯类有机溶剂和链状碳酸酯类有机溶剂；
[0028]所述环状碳酸酯类有机溶剂包括碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯；
[0029]所述链状碳酸酯类有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯的一种或多种。
[0030]本专利技术提供了一种锂离子电池，包括负极、正极、置于负极与正极之间的隔离膜，以及上述技术方案任意一项所述的非水锂离子电池电解液。
[0031]优选的，所述负极包括铝箔集流体和负极膜片；
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非水锂离子电池电解液，其特征在于，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂；所述成膜添加剂包括至少一种具有式(I)或式(II)结构的不饱和环状磷酸酯类化合物：其中，R各自独立的选自氟代或非氟代的C1～C4的烷基、烯基、炔基、氰基、芳香基或三甲基硅烷基。2.根据权利要求1所述的非水锂离子电池电解液，其特征在于，所述不饱和环状磷酸酯类化合物具有如式(1)～(8)任意一项所示的结构：所述R选自甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、2,2,2
‑
三氟代乙基、1,1,1,3,3,3
‑
六氟
‑2‑
丙基、氰乙基、氰丙基、氰丁基、氰苯基、苯基、甲苯基或三甲基硅烷基。3.根据权利要求1所述的非水锂离子电池电解液，其特征在于，所述非水锂离子电池电解液中还包括其他成膜添加剂；所述其他成膜添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、丙烯基
‑
1,3
‑
磺酸内酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯和甲烷二磺酸亚甲酯的一种或多种；所述其他成膜添加剂在电解液中的质量百分含量为0.5％～7.0％。4.根据权利要求3所述的非水锂离子电池电解液，其特征在于，所述其他成膜添加剂具体为碳酸亚乙烯酯和1,3
‑
丙烷磺酸内酯的组合，或者为氟代碳酸乙烯酯和1,3
‑
丙烷磺酸内酯的组合；所述碳酸亚乙烯酯和1,3
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丙烷磺酸内酯的组合中，碳酸亚乙烯酯的质量占电解液总质量的1.5％，1,3
‑
丙烷磺酸内酯的质量占电解液总质量的0.8％；所述氟代碳酸乙烯酯和1,3
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丙烷磺酸内酯的组合中，氟代碳酸乙烯酯的质量占电解液总质量的5％，氟代碳酸乙烯酯的质量占电解液总质量的0.8％。5.根据权利要求1所述的非水锂离子电池电解液，其特征在于，所述不饱和环状磷酸酯类化合物在电解液中的质量百分含量为0.1％～5.0％；所述电解质...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢芳，刘天雷，马俊青，张帅帅，
申请(专利权)人：山东海科创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：