【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能材料，特别涉及一种高电压锂离子电池用电解液及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池作为主要储能器件之一，广泛应用于动力系统、电力系统及航空航天等领域。随着对锂离子电池应用的需求不断扩大，研发具有高能量密度、高功率密度和安全性良好的体系对动力与储能型锂离子电池的发展至关重要；其中，采用高比容量的正极材料，并尽可能提高正极材料的工作电压是提升锂离子电池能量密度的关键，目前商品化的高压正极材料主要有富锂材料、镍锰酸锂和三元镍钴锰酸锂材料等，但是，将这些高压正极材料应用于高电压电池时，在电池使用的循环过程中，电解液中碳酸酯类溶剂会迅速氧化分解，生成的hf腐蚀正极材料，破坏正极材料的晶体结构并造成正极过渡金属离子的溶出；尤其是电池在经过长时间的高温存储后，正极材料中的金属离子的溶出进一步加剧，过渡金属离子脱离晶格进入溶剂体系后沉积到石墨负极，造成电池容量的严重损失。因此提高正极和电解液的界面稳定性是减少电池性能退化、提高高压稳定性的有效手段。目前，有研究人员通过在正极表面涂覆或优化电解液配方来阻碍电解液和正极的直接接触来改善锂电池在高压下的界面稳定性问题，其中，向电解液体系中加入少量电解液添加剂以调整电解液的特性，已被证明是提高锂离子电池多方面性能的最经济有效的方法之一。因此，提供一种高电压锂离子电池用电解液，以解决现有电池性能衰减明显且在高压条件下循环性能差的问题具有重要意义。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术提供一种高电压锂离子电池用电解液及其制备方法和应用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种高电压锂离子电池用电解液，所述高电压锂离子电池用电解液中含有式ⅰ所示的成膜添加剂：
4、
5、式ⅰ；
6、其中，r1选自苯基、取代苯基、苄基、嘧啶基、取代吡啶基或取代呋喃基中任一种。
7、目前已有报道将磺酰胺类化合物作为高电压锂离子电池用电解液的添加剂应用于三元ncm523/石墨和钠离子电池中；但是，专利技术人通过大量的试验表明，现有的磺酰胺类化合物作为电解液的添加剂应用于电池中仅能在常压下表现出较为优异的循环性能，当电池的电压高于4.4v时，电池在充放电过程中，磺酰胺类化合物会在负极和正极表面形成较厚的界面膜，阻碍li+传输，从而增大电池内阻，尤其在高温充放电过程中更为明显，电池的循环性能显著降低。
8、相对于现有技术，本专利技术提供的选择含有特定官能团的恶唑烷酮磺酰胺类化合物作为电解液的成膜添加剂，其具有较高的homo能级和较低的lumo能级；在高温高压充放电过程中，成膜添加剂中的芳香环或杂环与部分磺酰胺基团会优先于电解液中溶剂发生氧化聚合反应和分解反应，在正极表面形成较薄且具有良好导电性的cei膜，进而提高li+的迁移能力，还能抑制金属离子的溶出，进而提高电池的循环性能；而恶唑烷酮磺酰胺部分优先于电解液中溶剂在电池负极表面被还原生成含n和s衍生物的sei膜，进一步促进li+传输，降低电池阻抗；并且，成膜添加剂中的羰基能与锂离子配位促进lipf6的解离，起到稳定pf5并清除hf的作用，胺基部分上的n能够与电解液中微量的水反应，抑制hf的产生，进而提高电池的高温储存性能。
9、本专利技术选择含有特定官能团的恶唑烷酮磺酰胺类化合物作为高电压锂离子电池用电解液的成膜添加剂，芳香环或杂环与恶唑烷酮磺酰胺部分协同作用，通过在正极材料和负极材料表面分别形成具有较薄且导电性强的界面膜，进而提高li+从正极到负极的迁移能力，降低界面阻抗；将本专利技术提供的成膜添加剂应用于锂离子电池中，能明显提高锂离子电池在高温高压条件下的循环容量保持率，以及高温条件下的储存性能。
10、优选的，所述取代苯基为甲氧基取代苯基、硝基取代苯基、氟取代苯基或甲基取代苯基中任一种；所述取代吡啶基为甲基取代吡啶基；所述取代呋喃基为甲基取代呋喃基。
11、本专利技术进一步限定取代基，有利于进一步提高高电压锂离子电池用电解液的抗氧化能力，从而提高锂离子电池的高温循环性能和高温搁置性能。
12、进一步优选的，所述成膜添加剂为式1-式9所示的化合物中的至少一种：
13、。
14、优选的成膜添加剂能进一步提高锂离子电池的高温循环性能和高温搁置性能。
15、优选的，所述高电压锂离子电池用电解液还包括锂盐、非水有机溶剂和辅助添加剂；其中，所述锂盐在高电压锂离子电池用电解液中的浓度为1mol/l-2mol/l。
16、优选的，以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述成膜添加剂在高电压锂离子电池用电解液中的含量为0.5%-3%。
17、优选的，以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述辅助添加剂在高电压锂离子电池用电解液中的含量为1%-2%。
18、优选的，所述非水有机溶剂为链状碳酸酯类溶剂或环状碳酸酯类溶剂中至少一种。
19、优选的，所述辅助添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、二氟磷酸锂、六甲基二硅氮烷、三(三甲基硅烷)硼酸酯或三(三甲基硅烷)亚磷酸酯中至少一种。
20、优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂或二草酸硼酸锂中至少一种。
21、优选的，所述链状碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯或丙酸乙酯中至少一种。
22、优选的，所述环状碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯中至少一种。
23、优选的，以非水有机溶剂质量为100%计，所述非水有机溶剂包括如下质量百分含量的组分：碳酸二乙酯50%-70%和碳酸乙烯酯30%-50%。
24、本专利技术提供上述高电压锂离子电池用电解液的制备方法，包括如下步骤：按设计配比称取各组分，将称取的非水有机溶剂和锂盐混合均匀，得初级电解液；
25、向所述初级电解液中加入成膜添加剂和辅助添加剂，混合均匀，得所述高电压锂离子电池用电解液。
26、本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、负极、隔膜和上述高电压锂离子电池用电解液；
27、优选的，所述负极为石墨或钛酸锂。
28、进一步优选的，所述石墨可以为天然石墨或人造石墨。
29、优选的，所述正极为镍锰酸锂、三元镍钴锰酸锂或富锂锰基正极材料。
30、优选的，所述隔膜为聚丙烯膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯复合膜或聚乙烯醇膜中至少一种。
31、优选的，所述锂离子电池的电压为4.5v-5v。
32、本专利技术提供的锂离子电池，通过添加本专利技术的高电压锂离子电池用电解液，使锂离子电池在高温条件下的电池容量保持率可达到95本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述高电压锂离子电池用电解液中含有式Ⅰ所示的成膜添加剂：
2.如权利要求1所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述取代苯基为甲氧基取代苯基、硝基取代苯基、氟取代苯基或甲基取代苯基中任一种；所述取代吡啶基为甲基取代吡啶基；所述取代呋喃基为甲基取代呋喃基。
3.如权利要求1所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述成膜添加剂为式1-式9所示的化合物中的至少一种：
4. 如权利要求1所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述高电压锂离子电池用电解液还包括锂盐、非水有机溶剂和辅助添加剂；其中，所述锂盐在高电压锂离子电池用电解液中的浓度为1mol/L-2mol/L。
5.如权利要求4所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述成膜添加剂在高电压锂离子电池用电解液中的含量为0.5%-3%；和/或
6. 如权利要求4所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为链状碳酸酯类溶剂或环状碳酸酯类溶剂中至少一种；
7.如权利要求6所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述链状碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯或丙酸乙酯中至少一种；和/或
8.一种权利要求1-7任一项所述的高电压锂离子电池用电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按设计配比称取各组分，将称取的非水有机溶剂和锂盐混合均匀，得初级电解液；
9. 一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极、负极、隔膜和权利要求1-7任一项所述的高电压锂离子电池用电解液。
10.如权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极为镍锰酸锂、三元镍钴锰酸锂或富锂锰基正极材料；和/或
...【技术特征摘要】
1.一种高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述高电压锂离子电池用电解液中含有式ⅰ所示的成膜添加剂：
2.如权利要求1所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述取代苯基为甲氧基取代苯基、硝基取代苯基、氟取代苯基或甲基取代苯基中任一种；所述取代吡啶基为甲基取代吡啶基；所述取代呋喃基为甲基取代呋喃基。
3.如权利要求1所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述成膜添加剂为式1-式9所示的化合物中的至少一种：
4. 如权利要求1所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，所述高电压锂离子电池用电解液还包括锂盐、非水有机溶剂和辅助添加剂；其中，所述锂盐在高电压锂离子电池用电解液中的浓度为1mol/l-2mol/l。
5.如权利要求4所述的高电压锂离子电池用电解液，其特征在于，以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述成膜添加剂在高电压锂离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏爱佳，何蕊，白薛，李晓辉，牛庾鑫，刘振法，张利辉，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。