一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池。所述锂离子电池非水电解液包括电解质盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包括离子液体和含氟添加剂；所述离子液体包括有机阳离子和有机阴离子；所述有机阳离子为咪唑鎓阳离子。本发明专利技术通过提供了一种离子液体添加剂，其能够在锂金属表面构建生成稳定的SEI膜，以克服锂枝晶的问题，综合提高了锂离子电池的循环性能和安全性能。环性能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电解液材料
，具体涉及一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具备高能量密度和长循环寿命而被广泛关注，为了进一步能够满足电动汽车和储能系统的使用需求，提升锂离子电池的安全性能和电化学性能是其中重要的环节之一。由于锂金属具备高理论容量(高达3860mAh/g)、轻质量密度(0.534/cm3)以及低氧化还原电位(
‑
3.04vs.标准氢电极)，故其被认为是理想的负极材料之一。
[0003]目前，锂离子电池体系中应用的商业化酯类溶剂会与锂金属发生剧烈反应，生成不均匀且易碎的固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interface，SEI)，其在循环过程中产生较大的体积变化，进而导致SEI膜发生破裂，最终造成锂枝晶的生长以及“死锂”的形成，电池故发生失效，上述因素限制了锂金属电池的大规模实际应用。
[0004]为了解决上述问题，研究人员采取了多种举措，具体包括构建人工SEI膜、隔膜改性材料以及调整电解质成分。其中，电解液添加剂不仅能够改变锂离子溶剂化情况，这直接影响生成的SEI的具体成分以及相关性能，从而调节锂离子的沉积行为，而且其还在价格和可行性方面具有明显的优势。氟代碳酸亚乙酯(FEC)作为酯类电解液中常用的添加剂或助溶剂，已被证明是提高锂金属电化学性能的有效成分之一。在其他酯类溶剂中，FEC可以优先发生分解，以此在SEI膜中生成氟化锂等无机物。此类无机物有利于促进锂离子沿界面横向扩散，进而抑制锂枝晶生长。然而，FEC的溶剂化数应不低于1才能保证形成稳定的SEI膜。
[0005]因此，在本领域中，迫切需要开发一种适用于酯类溶剂的添加剂，以获得厚度均匀且性能稳定的SEI膜，从而提高锂金属在高电压下的电化学性能和安全性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池。本专利技术通过提供了一种离子液体添加剂，其能够在锂金属表面构建生成稳定的SEI膜，以克服锂枝晶的问题，综合提高了锂离子电池的循环性能和安全性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池非水电解液，所述锂离子电池非水电解液包括电解质盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包括离子液体和含氟添加剂；
[0009]所述离子液体包括有机阳离子和有机阴离子；
[0010]所述有机阳离子为具有式1所示结构的咪唑鎓阳离子：
[0011][0012]其中，R1和R2中至少有一个取代基的结构中包含氰基。
[0013]本专利技术通过在电解液中添加具有特定结构的离子液体添加剂，其包含的被氰基取代的咪唑鎓阳离子能够生成氮化物，氮化物具有高锂离子电导率，这有助于促进锂离子的沉积致密，避免锂枝晶的生长。此外，离子液体添加剂和含氟添加剂发生协同作用，能够在锂金属表面形成主要由氟化锂和氮化锂组成的无机SEI膜，并增强了界面能和降低了锂离子的扩散能垒，进而提高了锂离子的扩散能力和形成了致密金属锂的沉积形态。
[0014]优选地，所述咪唑鎓阳离子包括1
‑
甲基
‑3‑
(3
‑
氰丙基)咪唑鎓阳离子、1,3
‑
双(氰甲基)咪唑鎓阳离子、1
‑
(3
‑
氰丙基)
‑3‑
甲基咪唑鎓阳离子或1,3
‑
双(3
‑
氰丙基)咪唑鎓阳离子。
[0015]优选地，所述有机阴离子包括双(三氟甲磺酰基)酰亚胺。
[0016]优选地，以非水溶剂的总质量为100％计，所述离子液体的质量百分含量为0.1％～3％，例如可以为0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％等。
[0017]在本专利技术中，通过调整离子液体的质量百分含量，使得锂金属表面形成一层无机SEI膜，含量过低则无法有效提高电解液的电导率，反之则会导致SEI中LiF
‑
LiN3的配比不协调，不利于提高电池的长循环性能。
[0018]优选地，所述含氟添加剂的结构中至少包含一个氟原子。
[0019]在本专利技术中，含氟添加剂的结构中至少包含一个氟原子的优势为：其能与离子液体添加剂共同作用，在锂金属表面形成大量的LiF
‑
LiN3的无机SEI膜，促进SEI的形成，增强了界面能，并降低了锂离子的扩散能垒。
[0020]优选地，所述含氟添加剂包括三氟乙酸吡啶、五氟吡啶或全氟己基磺酰氟中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]优选地，所述锂离子电池非水电解液中含氟添加剂的质量百分含量为0.1％～10％，例如可以为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％等。
[0022]在本专利技术中，通过调整含氟添加剂的质量百分含量，使得与离子液体添加剂的质量比相得益彰，含量过低则会SEI膜中LiF含量较低，无法有效抑制锂枝晶生长，反之则会SEI中LiF
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LiN3的配比不协调，不利于提高电池的长循环性能。
[0023]优选地，所述电解质盐为锂盐。
[0024]优选地，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、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、三氟乙酸锂、二氟乙酸锂、双三氟
甲烷磺酰亚胺锂、双(九氟丁基磺酰基)亚胺锂、(氟磺酰)(三氟甲磺酰)亚氨基锂或双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂中的至少一种。
[0025]优选地，所述锂离子电池非水电解液中电解质盐的浓度为0.8mol/L～3mol/L，优选为1mol/L～3mol/L，例如可以为0.8mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2mol/L、2.2mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L、3mol/L等。
[0026]优选地，所述非水溶剂包括碳酸酯类溶剂和/或羧酸酯类溶剂。
[0027]优选地，所述碳酸酯类溶剂包括环状碳酸酯类溶剂和/或链状碳酸酯类溶剂。
[0028]优选地，所述环状碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丙基碳酸酯、碳酸亚乙烯酯、二碳酸二苄酯、碳酸烯丙基苯酯、碳酸乙烯亚乙酯或碳酸丁基4
‑
羧苯酯中的任意一种或至少两种的组合。
[0029]优选地，所述链状碳酸酯类溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二正丁酯、焦碳酸二甲酯、原碳酸四乙酯、焦碳酸二乙酯、碳酸二戊酯、碳酸二辛酯、乳酸碳酸乙酯、甲基三氟乙基碳酸酯、碳酸二苄酯、碳酸二甲烯丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸异丙基甲酯、碳酸二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂离子电池非水电解液包括电解质盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包括离子液体和含氟添加剂；所述离子液体包括有机阳离子和有机阴离子；所述有机阳离子为具有式1所示结构的咪唑鎓阳离子：其中，R1和R2中至少有一个取代基的结构中包含氰基。2.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述咪唑鎓阳离子包括1
‑
甲基
‑3‑
(3
‑
氰丙基)咪唑鎓阳离子、1,3
‑
双(氰甲基)咪唑鎓阳离子、1
‑
(3
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氰丙基)
‑3‑
甲基咪唑鎓阳离子或1,3
‑
双(3
‑
氰丙基)咪唑鎓阳离子；优选地，所述有机阴离子包括双(三氟甲磺酰基)酰亚胺。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，以非水溶剂的总质量为100％计，所述离子液体的质量百分含量为0.1％～3％。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述含氟添加剂的结构中至少包含一个氟原子；优选地，所述含氟添加剂包括三氟乙酸吡啶、五氟吡啶或全氟己基磺酰氟中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂离子电池非水电解液中含氟添加剂的质量百分含量为0.1％～10％。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述电解质盐为锂盐；优选地，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、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、三氟乙酸锂、二氟乙酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱甜，张文强，请求不公布姓名，请求不公布姓名，林彦杰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：