一种非水电解液及其包含的锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种非水电解液及其包含的锂离子电池，所述非水电解液包括电解质、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括苯基膦化合物，在本发明专利技术中，通过在电解液中使用苯基膦化合物添加剂，使得高镍电池具有良好的常温容量保持率和较高的高温容量保持率，具有良好的电池稳定性，实现电芯高能量密度的目标。实现电芯高能量密度的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液及其包含的锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种非水电解液及其包含的锂离子电池。

技术介绍

[0003]虽然锂离子电池在160Wh/kg以上的能量密度区间有着无可比拟的优势，但随着锂矿资源的日益紧缺，如何将锂利用到最极致是当今市场对我们锂电产业链的关键问题。对于锂电的改善方向，第一毫无疑问是提升其安全性能，电池的安全问题占到新能源汽车安全问题的80％以上，因此如何使电池更安全关乎电池行业的命门；第二是增加其能量密度和功率密度，控制好在高镍和超高镍电池与硅基负极的稳定性将会是行业内新的难点，除了高镍体系，提高中镍体系的充电电压也是间接增加电池高储电量的关键；第三点对循环性能提出更严厉的要求。
[0004]富Ni材料对进一步提高锂离子电池的能量密度有着重要意义。在摇椅电池高度放电状态下，四价镍离子容易得到电子形成三价或二价离子，这是导致正极热力学失稳、锂镍混排和三元金属离子溶出的诱因。此外，作为综合性能目前最佳的六氟磷酸锂主盐，在长时间的使用后容易水解产生Lewis酸，加速正极界面的恶化。高镍状态下的Ni离子由于浓度梯度差异且无有效的抑制手段，导致大量溶解的Ni离子随溶剂化、去溶剂化过程沉积到负极界面处，加剧了电解液消耗分解，极不利于电池的稳定循环。
[0005]因此，在本领域中如何使得高镍电池具有良好的常温容量保持率和较高的高温容量保持率是本领域的研究重点。

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非水电解液及其包含的锂离子电池。
[0007]为达此目的，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非水电解液，所述非水电解液包括电解质、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括苯基膦化合物，所述苯基膦化合物具有式一～式五所示结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：
[0009][0010][0011]其中，R1、R2、R3和R4各自独立选自氢、取代或未取代的C1
‑
C9(例如C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C9)的烷基或取代或未取代的C1
‑
C9的烷氧基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C5的烷基、C1
‑
C5的烷氧基或者所述C1
‑
C5的烷基或C1
‑
C5的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团；
[0012]R5选自氢、未取代的C1
‑
C4(例如C1、C2、C3或C4)烷烃基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C5的烷基、C1
‑
C5的烷氧基或者所述C1
‑
C5的烷基或C1
‑
C5的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团；
[0013]R6选自氢、取代或未取代的C1
‑
C3(例如C1、C2或C3)烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C3的烷基、C1
‑
C3的烷氧基或者所述C1
‑
C3的烷基或C1
‑
C3的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团；
[0014]R7选自氢、取代或未取代的C1
‑
C9(例如C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C9)烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C5的烷基、C1
‑
C5的烷氧基或者所述C1
‑
C5的烷基或C1
‑
C5的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团。
[0015]在本专利技术中，所述卤素为F、Cl、Br或I。
[0016]在本专利技术中，通过在电解液中使用苯基膦化合物添加剂，使得高镍电池具有良好的常温容量保持率和较高的高温容量保持率，具有良好的电池稳定性，实现电芯高能量密度的目标。
[0017]苯基膦化合物添加剂的引入能够与正极溶出的Ni
2+
进行螯合，基团中的富电子的P原子能够提供共用电子对，与缺电子形成稳态的Ni
2+
易形成电子配体，实现对镍离子精准捕获，防止了有关于镍的副反应的生成，根据菲克第一定律，能够延缓在循环过程中金属离子(不局限于Ni
2+
)的持续溶出，一定程度减少锂镍混排现象。
[0018]苯基膦化合物能够作为一种保护型添加剂参与正极CEI的成膜过程，改善正极界面的组分，微观调控由于结构变化给界面膜带来的损伤，减缓对溶剂、锂盐的过量消耗。
[0019]除此之外，本专利技术的添加剂本身作为路易斯碱，一定程度上可以减少氢氟酸的产生，进一步缓解了对SEI与CEI的刻蚀，减轻了电解质溶剂的持续分解，从而使得电池具有较好的容量保持率，实现电芯高能量密度的目标。
[0020]优选地，所述具有式一结构的苯基膦化合物包括如下化合物1或化合物2：
[0021][0022][0023]优选地，所述具有式二结构的苯基膦化合物包括如下化合物3、化合物4或化合物5：
[0024][0025]优选地，所述具有式三结构的苯基膦化合物包括如下化合物6或化合物7：
[0026][0027]优选地，所述具有式四结构的苯基膦化合物包括如下化合物8或化合物9：
[0028][0029]优选地，所述具有式五结构的苯基膦化合物包括如下化合物10
‑
15中的任意一种：
[0030][0031][0032]优选地，以所述非水电解液的质量为100％计，所述苯基膦化合物含量占比为0.4％～3.8％，例如0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、3.6％或3.8％等。
[0033]更优选地，苯基膦化合物含量占比为0.8％～1.3％，例如0.8％、1.0％、1.2％、1.3％等。
[0034]优选地，所述添加剂还包括其他添加剂。
[0035]优选地，所述其他添加剂包括锂盐类添加剂、酯类添加剂或电解液稳定剂中的任意一种或至少两种的组合。
[0036]优选地，所述锂盐类添加剂包括LiBOB(双草酸硼酸盐)、LiFSi(二氟磺酸亚胺锂)、LiODFB(二氟草酸硼酸锂)、LiBF4(四氟硼硼酸锂)、LiPO2F2(二氟磷酸锂)或LiDFOP(二氟双
草酸磷酸酸锂)中任意一种或至少两种的组合。
[0037]优选地，以所述非水电解液的质量为100％计，所述锂盐类添加剂的质量百分含量为0.2～3.6％，例如0.2％、0.8％、1％、1.5％、1.8％、2％、2.5％、2.8％、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，其特征在于，所述非水电解液包括电解质、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括苯基膦化合物，所述苯基膦化合物具有式一～式五所示结构的化合物中的任意一种或至少两种的组合：其中，R1、R2、R3和R4各自独立选自氢、取代或未取代的C1
‑
C9的烷基或取代或未取代的C1
‑
C9的烷氧基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C5的烷基、C1
‑
C5的烷氧基或者所述
C1
‑
C5的烷基或C1
‑
C5的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团；R5选自氢、C1
‑
C4烷烃基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C5的烷基、C1
‑
C5的烷氧基或者所述C1
‑
C5的烷基或C1
‑
C5的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团；R6选自氢、取代或未取代的C1
‑
C3烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C3的烷基、C1
‑
C3的烷氧基或者所述C1
‑
C3的烷基或C1
‑
C3的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团；R7选自氢、取代或未取代的C1
‑
C9烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的联苯基，所述取代的取代基选自卤素原子、C1
‑
C5的烷基、C1
‑
C5的烷氧基或者所述C1
‑
C5的烷基或C1
‑
C5的烷氧基中至少一个CH2被氧原子、硼原子、氮原子或硫原子中的至少一种替代的基团。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述具有式一结构的苯基膦化合物包括如下化合物1或化合物2：3.根据权利要求1或2所述的非水电解液，其特征在于，所述具有式二结构的苯基膦化合物包括如下化合物3、化合物4或化合物5：4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的非水电解液，其特征在于，所述具有式三结构的苯基膦化合物包括如下化合物6或化合物7：
5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的非水电解液，其特征在于，所述具有式四结构的苯基膦化合物包括如下化合物8或化合物9：6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的非水电解液，其特征在于，所述具有式五结构的苯基膦化合物包括如下化合物10
‑
15中的任意一种：
7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的非水电解液，其特征在于，以所述非水电解液的质量为100％计，所述苯基膦化合物含量占比为0.4％～3.8％；优选地，所述添加剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王靖，刘军，吕家瑞，王新明，申海鹏，孙春胜，潘明，钱嘉波，白惠敏，乔顺攀，郭营军，李新丽，
申请(专利权)人：香河昆仑新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：