一种高能量密度锂离子电池及其电解液制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高能量密度锂离子电池及其电解液，本发明专利技术在电解液中添加有添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D；所述添加剂A为保证循环性能的负极成膜添加剂，所述添加剂B为改善高温性能的添加剂，所述添加剂C为固体电解质膜的修饰性添加剂，所述添加剂D为抑制电解液分解的添加剂。相比于现有技术，本发明专利技术通过A+B+C+D四类添加剂的联合使用，在有限空间范围内可以保证高比能量电池体系在较低保液量的前提下具备长循环性能，同时兼具优异的高低温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度锂离子电池及其电解液
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高能量密度锂离子电池及其电解液。
技术介绍
锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、对环境友好等优点而广泛应用于3C数码产品、电动汽车等领域。随着智能穿戴、智能手机、便携式移动办公等设备的发展，高能量密度锂离子电池是目前行业发展的热点。在有限体积空间内提升电池的体积能量密度是目前众多产品共同的追求，而在一定空间内提升电池的能量密度主要采用的方法是：1)提升正极材料的工作电压，使得活性材料的克容量发挥到最大；2)提高负极的克容量，如选用硅碳负极；3)增加单位体积正负极活性物质的占比，也意味着更高的涂布密度和更大的压实密度；4)减小辅料的占比，如选用更薄的隔膜、铝塑膜和铜箔；5)减小电解液的注液量。目前，电池正极材料普遍采用高电压4.4V及以上的钴酸锂或三元体系，电池负极材料一般采用高容量高压实的石墨。然而，电池正负极材料压实密度提高后，一方面对电解液的吸附会降低，对电解液的保液量会下降；另一方面在保证电池具有良好外形和硬度的前提下，锂离子电池工艺不容许电解液保液太高；电解液保液低带来的好处是电解液的占比降低了，电池的体积比能量密度和重量比能量密度都会直接提高，且电池不易发软和变形，但带来的问题是传统的电解液在保液系数较低时电池的循环性能得不到保证，循环后期经常出现跳水的现象，高低温性能也很难兼顾。因此，如何保证电解液在较低的保液系数前提下能够保证长循环寿命，同时兼具出色的高低温综合性能是目前面临的难题。低保液系数电解液要达到高保液系数电解液一样的综合性能，意味着要提高有效保液量(单位体积的电解液具有足够的有效物质)。对于电池而言，有效保液量是指在浸润充分的前提下提供电池正负极正常工作所必须的电解液有效成分，就这需要该电解液满足以下要求：1)电解液中含有足够的锂离子；2)高效浸润、界面阻抗低；3)优良的负极成膜添加剂保证循环、减小负极膨胀；4)对正极有利的添加剂保证活性材料的库伦效率、抑制正极阻抗增加；5)电解液在不同环境条件下保持稳定，抑制电解液的分解。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种高能量锂离子电池电解液，可以保证电池在较低保液量的前提下具备长循环性能，同时兼具优异的高低温性能。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高能量密度锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D；所述添加剂A为保证循环性能的负极成膜添加剂，所述添加剂B为改善高温性能的添加剂，所述添加剂C为固体电解质膜的修饰性添加剂，所述添加剂D为抑制电解液分解的添加剂。优选地，所述添加剂A为氟代碳酸乙烯酯、1，2-二氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、4-乙基硫酸乙烯酯、3a,6a-二氢-[1,3,2]二氧硫代[4,5-d][1,3,2]二恶硫醇-2,2,5,5-四氧中的至少一种，所述添加剂A的含量占电解液总质量的1～15％。优选地，所述添加剂B为1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三-(2-氰乙氧基)丙烷、1,4-二腈基-2-丁烯、乙二醇双(丙腈)醚中的至少一种，所述添加剂B的含量占电解液总质量的0.5～8％。优选地，所述添加剂C为二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、2-甲基马来酸酐、三氟甲基马来酸酐、烯丙基丁二酸酐、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、1,3-丙烷磺酸内脂、碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内脂、甲烷二磺酸亚甲酯中的至少一种，所述添加剂C的含量占电解液总质量的0.01～1.5％。优选地，所述添加剂D为O-苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲四氟硼酸酯、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲四氟硼酸酯、O-苯并三氮唑-四甲基脲四氟硼酸酯、1-羟基苯并三唑、1-正丙基磷酸酐、六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基磷、4-二甲氨基吡啶、4-吡咯烷基吡啶、1-羟基苯并三唑中的至少一种，，所述添加剂D的含量占电解液总质量的0.01～0.5％。优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种，所述锂盐的含量占电解液总质量的10％～18％。优选地，所述非水性有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸乙酯、甲酸乙酯、丁酸丙酯、四氢呋喃、二氧环烷、二乙醇二乙醚、γ-丁内酯中的两种以上按任意比例混合的混合物，所述非水性有机溶剂的含量占电解液总质量的70.0～85.0％。本专利技术的另一目的在于：提供一种高能量密度锂离子电池，包括由正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕形成的电芯、以及电解液，所述正极片的正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1，所述电解液为上述任一段所述的锂离子电池电解液。优选地，所述锂离子电池的工作电压为4.2～4.8V，所述锂离子电池的体积能量密度为600Wh/L以上。本专利技术的有益效果在于：本专利技术一种高能量密度锂离子电池电解液中添加有添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D；所述添加剂A为保证循环性能的负极成膜添加剂，所述添加剂B为高电位下改善高温性能的添加剂，所述添加剂C为固体电解质膜的修饰性添加剂，所述添加剂D为抑制电解液分解的添加剂。相比于现有技术，本专利技术采用的添加剂中，添加剂A在负极表面具有较好的成膜作用，并且成膜后阻抗较低，能够为电池的长循环性能提供基本的保障；添加剂B主要是针对电池体系的高温性能而设计，选用多腈基或被氧原子、不饱和键修饰的多腈基化合物作为改善电池高温性能的添加剂，同等重量下加入的上述腈类相比传统的腈类化合物具有更低的加入量和更好的正极保护功能，能够抑制电池在高温储存和使用过程中正极界面阻抗上升；添加剂C可作为正负极界面的修饰性添加剂，具有加入量低但改善电池性能效果显著的特点，能够为低保液量条件下提升循环性能提供明显支持，添加剂C包含了较低阻抗的锂盐添加剂和较高阻抗的正极保护类添加剂，低阻抗的添加剂可以直接添加到本电池体系中，较高阻抗的正极保护型添加剂加入时最好与低阻抗添加剂组合使用，通过高低搭配、优劣互补的设计，能够最大限度提升电池性能；添加剂D是一类具有缩合功能的添加剂，可以将电解液中的小分子物质(由于溶剂纯度原因或电池体系中副反应产生的)如醇类、酸类、酰胺和胺类(如腈类在酸和温度的作用下不断的加成形成酰胺、进一步生成胺类和羧酸)化合物通过缩合作用将其“捆绑”结合，抑制电解液中小分子物质的产生，同时该类化合物多为含氮或含磷化合物，对水分的吸收有一定作用，在一定程度上也抑制了六氟磷酸锂的分解，提高了电解液的稳定性。因此，本专利技术通过A+B+C+D四类添加剂的联合使用，在有限空间范围内可以保证高比能量电池体系在较低保液量的前提下具备长循环性能，同时兼具优异的高低温性能。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能量密度锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂包括添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D；所述添加剂A为保证循环性能的负极成膜添加剂，所述添加剂B为改善高温性能的添加剂，所述添加剂C为固体电解质膜的修饰性添加剂，所述添加剂D为抑制电解液分解的添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂包括添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D；所述添加剂A为保证循环性能的负极成膜添加剂，所述添加剂B为改善高温性能的添加剂，所述添加剂C为固体电解质膜的修饰性添加剂，所述添加剂D为抑制电解液分解的添加剂。2.根据权利要求1所述的一种高能量密度锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂A为氟代碳酸乙烯酯、1，2-二氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、4-乙基硫酸乙烯酯、3a,6a-二氢-[1,3,2]二氧硫代[4,5-d][1,3,2]二恶硫醇-2,2,5,5-四氧中的至少一种，所述添加剂A的含量占电解液总质量的1～15％。3.根据权利要求1所述的一种高能量密度锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂B为1,3,6-己烷三腈、1,2,3-三-(2-氰乙氧基)丙烷、1,4-二腈基-2-丁烯、乙二醇双(丙腈)醚中的至少一种，所述添加剂B的含量占电解液总质量的0.5～8％。4.根据权利要求1所述的一种高能量密度锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂C为二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、2-甲基马来酸酐、三氟甲基马来酸酐、烯丙基丁二酸酐、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、1,3-丙烷磺酸内脂、碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内脂、甲烷二磺酸亚甲酯中的至少一种，所述添加剂C的含量占电解液总质量的0.01～1.5％。5.根据权利要求1所述的一种高能量密度锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂D为O-苯并三氮唑-N,N,N',N...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱学全，谭熠伟，黄慧聪，
申请(专利权)人：东莞市杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44