【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体涉及一种三元动力离子电池电解液及锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长寿命、宽工作温度范围和环境友好等优点，被广泛应用于3c数码产品、电动工具、电动汽车、航空航天等领域。特别是在3c数码领域，近几年来移动电子设备特别是智能手机向着更轻、更薄的方向飞速发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。
2、为了提高锂离子电池的能量密度，常用的措施是提高正极材料的充电截止电压，如商业化的钴酸锂电池电压从4.2v→4.35v→4.4v→4.45v→4.48v→4.5v。但正极材料在高电压下会存在一定的缺陷，如高电压正极活性材料在缺锂状态时具有很强的氧化性，电解液很容易被氧化分解，产生大量的气体和热量；此外，高电压正极活性材料在缺锂状态时自身也很不稳定，易发生一些副反应如释放氧、过渡金属离子溶出等。
3、另一种提高锂离子电池的能量密度的方法是提高三元材料中的镍含量，如商业化的三元材料从ncm111→ncm422→ncm523→ncm622→ncm811，随着镍含量的提高，电池的能量密度能进一步提高，但是也存在一些负面效果，如材料碱性过大，充放电过程中，晶格能变化而导致材料结构坍塌和进入离子溶出等。
4、过渡金属离子随着反应的进行脱离晶体进入电解液中催化电解液的分解和损坏活性材料的钝化膜，同时过渡金属锂离子也会占据负极材料表面钝化膜的锂离子迁移通道，阻碍锂离子的迁移，从而影响电池的使用寿命，而当锂离子电池在高温高压状态下使用时，这种负面影响会更
5、目前，解决上述问题的主要方法是开发新的成膜添加剂，新添加剂能在正负极材料界面氧化还原形成钝化膜，且形成的钝化膜致密良好，富有弹性，能够随着正负极材料在充放电过程中的膨胀收缩而膨胀收缩，减小钝化膜的裂化程度，从而提高三元锂离子电池的电化学性能。
技术实现思路
1、鉴于现有技术的不足与需求，本专利技术提供了一种三元动力离子电池电解液，该电解液中包含非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，添加剂中包含常规添加剂、具有式(ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂，非水有机溶剂选自含常规碳酸酯、羧酸酯、氟代碳酸酯、氟代羧酸酯。
2、
3、其中，r1分别独立地选自氧原子或者硫原子，r2～r4分别独立地选自烷基(cnh2n+2)、烯基(cnh2n)和炔基(cnhn)，氟代烷基、氟代烯基和氟代炔基；芳香基、氟代芳香基、异氰酸基团、卤素原子、氢原子、氧原子、硫原子、含硅原子基团和腈基。其中n≥2。
4、进一步地，在本专利技术中，具有式(ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂的添加量占电解液总质量的0.1％～5.0％。
5、进一步地，在本专利技术中，具有式(ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂如下所示中的一种：
6、
7、进一步地，在本专利技术中，常规添加剂选自亚乙烯碳酸酯(vc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、1,3-丙烷磺酸内酯(ps)、1,3-丙烯磺酸内酯(pst)、乙烯基碳酸亚乙烯酯(vec)、硫酸乙烯酯(dtd)、甲烷二磺酸亚甲酯(mmds)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(tmsb)和三(三甲基硅烷)磷烷硼酸酯(tmsp)、三(三炔丙基)磷酸酯(tpp)、三(三烯丙基)磷酸酯(tap)中的一种或多种。
8、进一步地，在本专利技术中，常规添加剂的添加量占电解液总质量的0.1％～15.0％。
9、进一步地，在本专利技术中，常规添加剂中包含亚乙烯碳酸酯(vc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、1,3-丙烷磺酸内酯(ps)。
10、优选地，在本专利技术中，常规添加剂中还包含三(三炔丙基)磷酸酯(tpp)和硫酸乙烯酯(dtd)。
11、优选地，当包含所述常规添加剂时，亚乙烯碳酸酯的添加量占电解液总质量的0.1％～1.0％、氟代碳酸乙烯酯的添加量占电解液总质量的0.1％～2.0％；高温含硫添加剂1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯和甲烷磺酸二甲酯的添加量占电解液总质量的0.1％～5.0％；硫酸乙烯酯的添加量占电解液总质量的0.1％～5.0％。
12、其他特殊添加剂为三(三甲基硅基)硼酸酯/三(三甲基硅基)磷酸酯中的一种或以上添加量占电解液总质量的0.1％～1.0％，其他含不饱和键的特殊添加剂添加量占电解液总质量的0.1％～0.5％。
13、进一步地，在本专利技术中，常规添加剂中包含占电解液总质量0.5％的亚乙烯碳酸酯、1.0％的氟代碳酸乙烯酯、占电解液总质量0.5％的1,3-丙烷磺酸内酯、占电解液总质量2.0％的硫酸乙烯酯和占电解液总质量0.5％的三(三甲基硅基)磷酸酯。
14、进一步地，在本专利技术中，电解质锂盐选自六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂和二氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。
15、进一步地，在本专利技术中，电解质锂盐的添加量占电解液总质量的12.5％～17.0％；
16、优选地，电解质锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂和二氟磺酰亚胺锂的混合锂盐；六氟磷酸锂的添加量占电解液总质量的7.0％～14.0％，二氟磷酸锂的添加量占电解液总质量的0.1％～1.0％；二氟草酸硼酸锂的添加量占电解液总质量的0.1％～1.0％；二氟磺酰亚胺锂的添加量占电解液总质量的0.1％～10.0％。
17、进一步地，在本专利技术中，非水有机溶剂选自碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂、氟代碳酸酯类溶剂、氟代羧酸酯类溶剂、氟代醚类溶剂、氟代腈类和砜类溶剂。
18、进一步地，在本专利技术中，碳酸酯类溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯溶剂；其中环状碳酸酯溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种；链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种；羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸正丙酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯中的一种或多种；
19、更进一步地，在本专利技术中，非水有机溶剂中包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯作为溶剂；优选地，非水有机溶剂中碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的质量比为5-30：5-10：5-30：15-50。
20、另一方面，本专利技术还提供了一种三元动力锂离子电池，该三元动力锂离子电池包含由正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕形成的电芯、以及本专利技术前述的三元动力锂离子电池电解液。
21、进一步地，在本专利技术中，正极片的正极活性物质为三元活性材料，所述正极片的压实密度为3.0～4.5g/cm3。。
22、进一步地，在本专利技术中，负极片的负极活性物质为人造石墨和部分硅基材料，其中硅基材料选自氧化硅、氧化亚硅、单质硅材料，所述负极片的压实密度为1.40～1.60g/cm3。
23、优选的，三元动力锂离子电池充电截止电压为4.2～4.35v。
24、与现有技术相比，本专利技术的优点主要在于：该电解液中具有式(ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂，由于结构中含有硫官能团，能够优先溶剂在石墨界面还原形成钝化膜，避免溶剂与负本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三元动力锂离子电池电解液，所述电解液中包含非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂中包含常规添加剂、具有式(Ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂，非水有机溶剂选自含常规碳酸酯、羧酸酯、氟代碳酸酯、氟代羧酸酯；
2.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述具有式(Ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂为如下所示中的一种：
3.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述常规添加剂的添加量占电解液总质量的0.1％～15.0％；
4.根据权利要求1或3所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述常规添加剂为占电解液总质量0.5％的亚乙烯碳酸酯、1.0％的氟代碳酸乙烯酯、占电解液总质量0.5％的1,3-丙烷磺酸内酯、占电解液总质量2.0％的硫酸乙烯酯和占电解液总质量0.5％的三(三甲基硅基)磷酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、二氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；优选为六氟磷酸锂、二氟磷
6.根据权利要求1或5所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解质锂盐的添加量占电解液总质量的12.5％～17.0％；
7.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂选自碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂、氟代碳酸酯类溶剂、氟代羧酸酯类溶剂、氟代醚类溶剂、氟代腈类溶剂和砜类溶剂；
8.根据权利要求1或7所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂中包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯；
9.一种三元动力锂离子电池，其特征在于：所述三元动力锂离子电池包含由正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕形成的电芯、以及权利要求1-8中任一项所述的三元动力锂离子电池电解液；
10.根据权利要求9所述的一种三元动力锂离子电池，其特征在于：所述负极片的负极活性物质为人造石墨或部分为硅基材料，其中硅基材料包括氧化硅、氧化亚硅、单质硅材料，所述负极片的压实密度为1.40～1.60g/cm3。
11.根据权利要求10所述的一种三元动力锂离子电池，其特征在于：所述三元动力锂离子电池充电截止电压为4.2～4.35V。
...【技术特征摘要】
1.一种三元动力锂离子电池电解液，所述电解液中包含非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂中包含常规添加剂、具有式(ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂，非水有机溶剂选自含常规碳酸酯、羧酸酯、氟代碳酸酯、氟代羧酸酯；
2.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述具有式(ⅰ)结构的膦酸酯类添加剂为如下所示中的一种：
3.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述常规添加剂的添加量占电解液总质量的0.1％～15.0％；
4.根据权利要求1或3所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述常规添加剂为占电解液总质量0.5％的亚乙烯碳酸酯、1.0％的氟代碳酸乙烯酯、占电解液总质量0.5％的1,3-丙烷磺酸内酯、占电解液总质量2.0％的硫酸乙烯酯和占电解液总质量0.5％的三(三甲基硅基)磷酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、二氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；优选为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂和二氟磺酰亚胺锂混合锂盐。
【专利技术属性】
技术研发人员：潘立宁，方翔，祝庆丰，朱学全，赵向杰，
申请(专利权)人：新亚杉杉新材料科技衢州有限公司，
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。