一种高镍三元/硅碳体系的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高镍三元/硅碳体系的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，所述电解液包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂和磷酸酯类添加剂；所述磷酸酯类添加剂的结构式为：本发明专利技术通过向电解液中添加磷酸酯类添加剂，在电池化成过程中能够在正极和负极生成结构致密稳定的钝化膜，正极成膜能够抑制正极材料中的过渡金属溶出，减少不可逆容量损失；同时硅负极反应生成有机

【技术实现步骤摘要】
一种高镍三元/硅碳体系的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
，尤其涉及一种高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着消费者对于纯电动交通工具续航里程的要求越来越高，对于锂离子电池高能量密度的需求也越来越迫切。随着电池电极材料的发展，锂离子电池技术得到了迅速发展。目前，锂钴电池已扩展到三元系、锰酸锂、磷酸铁锂、硅碳负极等电池体系。新型硅碳负极锂离子电池突破了石墨作为负极的固有局限性，其性能明显优于传统锂离子电池。
[0003]目前，高镍三元/硅碳负极体系锂离子电池应用也存在着诸多问题，其中高镍三元材料在循环过程中过渡金属溶出，与电解液发生副反应；硅碳负极在循环过程中体积膨胀和收缩而导致的颗粒粉化、脱落，电解液持续反应生成SEI膜组分导致界面阻抗增长，恶化锂离子电池循环寿命。
[0004]针对目前高镍三元/硅碳负极体系锂离子电池应用的缺陷，本专利技术提供了一种可行的解决方案。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出一种高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液及锂离子电池，使用磷酸酯类添加剂，能够在正极反应成膜，抑制正极材料中的过渡金属溶出，减少不可逆容量损失；同时硅负极反应生成有机
‑
无机复合柔性钝化膜，抑制循环过程中硅颗粒膨胀导致的电解液持续消耗，降低界面阻抗，进而提高高镍三元/硅碳体系锂离子电池的循环稳定性。
[0006]本专利技术提出的一种高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂和磷酸酯类添加剂；所述磷酸酯类添加剂的结构式如式(Ⅰ)所示：
[0007][0008]其中，R1选自芳基、C1
‑
C3烷基或氟代烷基；R2、R3各自独立的选自芳基、F、C1
‑
C3烷基或氟代烷基。
[0009]本专利技术中磷酸酯类添加剂为2,2
‑
二烷基
‑
1,3
‑
二氧戊环
‑
4,5
‑
二醇丙烯基磷酸酯，其结构式如式(Ⅰ)所示。
[0010]优选地，所述磷酸酯类添加剂的质量占电解液总质量的0.1～5％。
[0011]优选地，所述锂盐为氯化锂、氟化锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲
烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或一种以上的组合。
[0012]优选地，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃中的一种或一种以上的组合。
[0013]优选地，所述成膜添加剂为硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种或一种以上的组合。
[0014]优选地，以电解液的总质量计，以下各组分的质量百分含量为：锂盐10～15％、成膜添加剂1～5％、磷酸酯类添加剂0.1～5％，余量为有机溶剂。
[0015]本专利技术还提出了一种高镍三元/硅碳体系锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，正极的活性材料为高镍三元正极材料，负极的活性材料为硅碳负极材料，电解液为权利要求1
‑
6任一项所述的电解液
[0016]有益效果：本专利技术通过向电解液中添加功能添加剂2,2
‑
二烷基
‑
1,3
‑
二氧戊环
‑
4,5
‑
二醇丙烯基磷酸酯，在电池化成过程中能够在正极和负极生成结构致密稳定的钝化膜，正极成膜能够抑制正极材料中的过渡金属溶出，减少不可逆容量损失；同时硅负极反应生成有机
‑
无机复合柔性钝化膜，抑制循环过程中硅颗粒膨胀导致的电解液持续消耗，降低界面阻抗，进而提高高镍三元/硅碳体系锂离子电池的循环稳定性。
具体实施方式
[0017]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0018]下述实施例磷酸酯类添加剂1
‑
10是通过市购得到的。
[0019]下述实施例中的成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯和硫酸乙烯酯按照1：1的质量比组成的。
[0020]对比例1
[0021]电解液的制备：
[0022]在充满氩气的手套箱中(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比30:20:50混合均匀，再缓慢加入质量分数为13.5％的六氟磷酸锂(LiPF6)，一边加入一边缓慢搅拌至其完全溶解，然后加入质量分数为3％的成膜添加剂(1.5％碳酸亚乙烯酯，1.5％硫酸乙烯酯)，搅拌均匀后制得基础电解液。
[0023]实施例1
[0024]电解液的制备：
[0025]在充满氩气的手套箱中(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比30:20:50混合均匀，再缓慢加入质量分数为13.5％的六氟磷酸锂(LiPF6))，一边加入一边缓慢搅拌至其完全溶解，然后加入质量分数为3％的成膜添加剂和质量分数1％的磷酸酯类添加剂1，搅拌均匀后制得硅碳电解液。
[0026]其中，磷酸酯类添加剂1的结构式为：
[0027]实施例2
[0028]本实施例中的硅碳电解液，仅磷酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的磷酸酯类添加剂2，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0029]其中，磷酸酯类添加剂2的结构式为：
[0030]实施例3
[0031]本实施例中的硅碳电解液，仅磷酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的磷酸酯类添加剂3，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0032]其中，磷酸酯类添加剂3的结构式为：
[0033]实施例4
[0034]本实施例中的硅碳电解液，仅磷酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的磷酸酯类添加剂4，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0035]其中，磷酸酯类添加剂4的结构式为：
[0036]实施例5
[0037]本实施例中的硅碳电解液，仅磷酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的磷酸酯类添加剂5，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0038]其中，磷酸酯类添加剂5的结构式为：
[0039]实施例6
[0040]本实施例中的硅碳电解液，仅磷酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的磷酸酯类添加剂6，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0041]其中，磷酸酯类添加剂6的结构式为：
[0042]实施例7
[0043]本实施例中的硅碳电解液，仅磷酸酯类添加剂与实施例1中不同，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，其特征在于，包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂和磷酸酯类添加剂；所述磷酸酯类添加剂的结构式如式(Ⅰ)所示：其中，R1选自芳基、C1
‑
C3烷基或氟代烷基；R2、R3各自独立的选自芳基、F、C1
‑
C3烷基或氟代烷基。2.根据权利要求1所述的高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，其特征在于，所述磷酸酯类添加剂的质量占电解液总质量的0.1～5％。3.根据权利要求1或2所述的高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐为氯化锂、氟化锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或一种以上的组合。4.根据权利要求1
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3任一项所述的高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵坤，刘欣，梁大宇，
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：