锂离子电池及其电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池及其电解液，电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，添加剂包括添加剂A氟代环状碳酸酯化合物、添加剂B环磷腈化合物，以及添加剂C环状硫酸酯化合物，添加剂B环磷腈化合物的结构通式为：

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池及其电解液
本专利技术属于锂离子电池领域，更具体地说，本专利技术涉及一种锂离子电池及其电解液。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点被广泛应用于电动汽车及消费类电子产品中。电解液作为锂离子电池的血液对电池的性能至关重要，随着人们对锂离子电池能量密度要求的提高，SiC负极锂离子电池成为当前研究的热点。然而，由于Si的体积膨胀比传统石墨的体积膨胀大很多，在循环过程中由于SiC负极不停地膨胀收缩会导致SEI膜破裂，造成成膜添加剂不断消耗，直到成膜添加剂或溶剂消耗殆尽，最终导致电芯跳水。在现有技术中，通常的办法是通过加入大量的成膜添加剂，在每一次循环后重新成膜，这种做法虽然可以使电芯维持一段时间的循环，使电芯不跳水，但是由于成膜在氧化还原过程中会产生大量酸性气体，产生的酸性气体使正负极钝化膜发生腐蚀，甚至破坏正极材料，对电池的安全性带来了严重的威胁。有鉴于此，确有必要提供一种具有理想性能的锂离子电池及其电解液，以提高锂离子电池的循环性能、高温存储性能和安全性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种具有理想性能的锂离子电池及其电解液，以提高锂离子电池的循环性能、高温存储性能和安全性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种锂离子电池电解液，其包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括添加剂A氟代环状碳酸酯化合物、添加剂B环磷腈化合物，以及添加剂C环状硫酸酯化合物，所述添加剂B环磷腈化合物的结构通式为：其中，取代基R2、R3、R4、R5、R6、R7各自独立地选自H、卤原子、碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为2～20的烯基、碳原子数为2～20的炔基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为1～20的卤代烷基、碳原子数为2～20的卤代烯基、碳原子数为2～20的卤代炔基、碳原子数为6～20的卤代芳基、碳原子数为1～20的烷氧基、碳原子数为2～20的烯氧基、碳原子数为2～20的炔氧基、碳原子数为6～20的芳氧基、碳原子数为1～20的卤代烷氧基、碳原子数为2～20的卤代烯氧基、碳原子数为2～20的卤代炔氧基、碳原子数为6～20的卤代芳氧基中的一种，R2、R4、R6中至少有两个取代基选自卤原子。本申请的专利技术人经过深入研究发现：氟代环状碳酸酯化合物、环磷腈化合物以及环状硫酸酯化合物三者能够协同作用于锂离子电池的电极界面，在正、负极形成稳定的CEI膜与SEI膜，保护正极和负极，同时改善锂离子电池电解液的酸性氛围，减少HF对正、负极钝化膜的腐蚀，从而改善锂离子电池的循环性能、高温存储性能和安全性能，尤其是针对含硅负极的锂离子电池，其改善效果尤为明显。作为本专利技术锂离子电池电解液的一种改进，所述环磷腈化合物结构通式Ⅰ中，取代基R3、R5、R7中至少有一个取代基选自卤原子、碳原子数为1～20的烷氧基、碳原子数为2～20的烯氧基、碳原子数为2～20的炔氧基、碳原子数为6～20的芳氧基、碳原子数为1～20的卤代烷氧基、碳原子数为2～20的卤代烯氧基、碳原子数为2～20的卤代炔氧基、碳原子数为6～20的卤代芳氧基中的一种。作为本专利技术锂离子电池电解液的一种改进，所述环磷腈化合物结构通式Ⅰ中，取代基R3、R5、R7中至少有一个取代基选自卤原子、碳原子数为1～20的烷氧基、碳原子数为2～20的烯氧基、碳原子数为2～20的炔氧基、碳原子数为6～20的芳氧基、碳原子数为1～20的卤代烷氧基、碳原子数为2～20的卤代烯氧基、碳原子数为2～20的卤代炔氧基、碳原子数为6～20的卤代芳氧基中的一种。作为本专利技术锂离子电池电解液的一种改进，所述环磷腈化合物选自通式B1～B18所示化合物中的一种或几种：作为本专利技术锂离子电池电解液的一种改进，所述环磷腈化合物结构通式Ⅰ中，R2、R3、R4、R5、R6、R7各自独立地选自H原子、卤原子、碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为2～10的烯基、碳原子数为2～10的炔基、碳原子数为6～10的芳基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为2～10的卤代烯基、碳原子数为2～10的卤代炔基、碳原子数为6～10的卤代芳基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的烯氧基、碳原子数为2～10的炔氧基、碳原子数为6～10的芳氧基、碳原子数为1～10的卤代烷氧基、碳原子数为2～10的卤代烯氧基、碳原子数为2～10的卤代炔氧基、碳原子数为6～10的卤代芳氧基中的一种，R2、R4、R6中至少两个取代基选自卤原子，取代基R3、R5、R7中至少有一个取代基选自卤原子、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的烯氧基、碳原子数为2～10的炔氧基、碳原子数为6～10的芳氧基、碳原子数为1～10的卤代烷氧基、碳原子数为2～10的卤代烯氧基、碳原子数为2～10的卤代炔氧基、碳原子数为6～10的卤代芳氧基中的一种。在上述通式Ⅰ中，碳原子数为1～10的烷基中，烷基的具体种类并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择，例如，链状烷基和环烷基均可，其中链状烷基又包括直链烷基和支链烷基，环烷基的环上可以含有例如烷基的取代基，也可以不含有取代基。作为烷基的实例，具体可以举出：甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、正己基、异己基、环己基、庚基、环庚基、辛基、环辛基、壬基、癸基等。在上述通式Ⅰ中，碳原子数为1～10的卤代烷基中，卤原子为F、Cl、Br、I，卤原子的取代个数及其取代位置并没有特别的限制，可根据实际需求选择卤原子对烷基中的部分氢原子或者全部氢原子进行取代。例如，卤原子的个数可为1个、2个、3个、4个或多个。当卤原子取代的个数为2个以上时，卤原子的种类可以相同，也可以完全不同，又或者是所选取的卤原子的种类部分相同。作为卤代烷基的实例，具体可以举出：氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯异丁基、1,2-二氯乙基、1,3-二氯异丙基、1,3-二氯叔丁基、1,2,3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、2-溴异丁基、1,2-二溴乙基、1,3-二溴异丙基、1,3-二溴叔丁基、1,2,3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1,2-二碘乙基、1,3-二碘异丙基、1,3-二碘叔丁基、1,2,3-三碘丙基、氟甲基、2-氟异丁基、2-氟乙基、1-氟乙基、3-氟正丙基、2-氟异丙基、4-氟正丁基、3-氟仲丁基、2-氟仲丁基、5-氟正戊基、1-氟正戊基、4-氟异戊基、3-氟异戊基、6-氟-正己基、4-氟-异己基、7-氟-正庚基、8-氟-正辛基、1,2-二氟乙基、二氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、全氟异丙基、全氟丁基、全氟环己基等。在上述通式Ⅰ中，碳原子数为2～10的烯基中，烯基的种类和数目并不受到具体的限制，可根据实际需求进行选择，例如链状烯基和环烯基均可，其中链状烯基又包括直链烯基和支链烯基，环烯基的环上可以含有例如烷基的取代基，也可以不含有取代基。特别的，双键的个数可为1个、2个、3个或4个。作为烯基的实例，具体可以举出：乙烯基、烯丙基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1,3-丁二烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、1-庚烯基、2-庚烯基、3-庚烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池电解液，其包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括添加剂A氟代环状碳酸酯化合物、添加剂B环磷腈化合物，以及添加剂C环状硫酸酯化合物，添加剂B环磷腈化合物的结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，其包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括添加剂A氟代环状碳酸酯化合物、添加剂B环磷腈化合物，以及添加剂C环状硫酸酯化合物，添加剂B环磷腈化合物的结构通式为：其中，取代基R2、R3、R4、R5、R6、R7各自独立地选自H、卤原子、碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为2～20的烯基、碳原子数为2～20的炔基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为1～20的卤代烷基、碳原子数为2～20的卤代烯基、碳原子数为2～20的卤代炔基、碳原子数为6～20的卤代芳基、碳原子数为1～20的烷氧基、碳原子数为2～20的烯氧基、碳原子数为2～20的炔氧基、碳原子数为6～20的芳氧基、碳原子数为1～20的卤代烷氧基、碳原子数为2～20的卤代烯氧基、碳原子数为2～20的卤代炔氧基、碳原子数为6～20的卤代芳氧基中的一种，R2、R4、R6中至少有两个取代基选自卤原子。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述环磷腈化合物结构通式Ⅰ中，取代基R3、R5、R7中至少有一个取代基选自卤原子、碳原子数为1～20的烷氧基、碳原子数为2～20的烯氧基、碳原子数为2～20的炔氧基、碳原子数为6～20的芳氧基、碳原子数为1～20的卤代烷氧基、碳原子数为2～20的卤代烯氧基、碳原子数为2～20的卤代炔氧基、碳原子数为6～20的卤代芳氧基中的一种。3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述环磷腈化合物选自通式B1～B18所示化合物中的一种或几种：4.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述环磷腈化合物的质量占所述电解液总质量的0.1％～10％，优选为1％～5％。5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述氟代环状碳酸酯化合物的结构通式为：其中，R1选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继琼，韩昌隆，王小梅，朱建伟，周艳，郇凤，余坤，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35