一种锂离子电池电解液及使用该电解液的高能量密度锂离子电池制造技术

一种锂离子电池电解液及使用该电解液的高能量密度锂离子电池。该锂离子电解液包括非水的包括有机溶剂、锂盐和添加剂。该添加剂包括负极成膜添加剂、腈类或醚腈类化合物和酸酐类化合物和锂盐型添加剂。本发明专利技术中0.3‑20wt％的碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸酯等负极成膜添加剂，可以在含碳负极或含硅负极或硅碳等合金负极形成优良的SEI膜，稳定负极，保证优良的电池性能；本发明专利技术中0.2‑6.5wt％的腈类或醚腈化合物和酸酐类化合物及其组合，可以络合正极的金属离子或在正极表面形成保护膜，从而稳定正极，改善电池性能。本发明专利技术中0.5‑3wt％的锂盐型添加剂可降低电池的阻抗改善电池的低温性能或改善电池的高温性能。

A lithium-ion battery electrolyte and a high energy density lithium-ion battery using the electrolyte

A lithium ion battery electrolyte and a high energy density lithium ion battery using the electrolyte are provided. The lithium ion electrolyte comprises non-aqueous organic solvents, lithium salts and additives. The additives include negative film forming additives, nitriles or ether nitriles, anhydrides and lithium salt additives. The 0.3 20wt% vinylidene carbonate and/or fluorocarbonate film-forming additives in the present invention can form excellent SEI films on carbon-containing negative electrodes or silicon-containing negative electrodes or silicon-carbon alloy negative electrodes, stabilize the negative electrodes and ensure excellent battery performance; the 0.2 6.5wt% nitrile or ether nitrile compounds and acid anhydride compounds in the present invention and their combination can complex metal ions or anhydrides of the positive electrodes. A protective film is formed on the surface of the cathode to stabilize the cathode and improve the performance of the battery. The lithium salt additive of 0.5 3wt% in the invention can reduce the impedance of the battery, improve the low temperature performance of the battery or improve the high temperature performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及使用该电解液的高能量密度锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及一种锂离子电池电解液及使用该电解液的高能量密度锂离子电池。
技术介绍
随着全球各国对环境的要求越来越高，对汽车排放尾气的要求越来越严苛，其中对化石能源中产生的二氧化碳和氮氧化物等排放标准尤为重视。新能源汽车应运而生，而提供其动力的是锂离子电池或部分动力用锂电池代替即采用油电混动，减少尾气排放。目前市面上主流的新能源汽车的类型如下：纯电动汽车(BEV)、混合动力车(HEV)、插电式混合动力车(PHEV)、燃料电动车(FCEV)、增程式电动车(REEV)等。随着客户对电动车里程的要求越来越高，这就要求对应的提供动力的锂电池不断提高能量密度，以满足客户里程的需求。而提高能量密度的方式有以下两方面，一方面可以提高电池的充电电压、采用充电电压更高的正极或采用容量更好的高镍正极材料；另一方面可以采用高能量密度的硅碳负极材料，或前面两者的组合。但提高电压一方面正极表面不稳定，电解液会被氧化；另一方面负极表面的SEI可能受到破坏，导致性能劣化。另外硅碳负极的SEI膜不稳定，在循环过程中由于脱嵌锂带来的应力使得负极的SEI不断破坏和不断生成，成膜添加剂会不断被消耗，这就需要负极成膜更强或成膜韧性更好的添加剂。稳定材料的正、负极，让其界面形成更好更稳定的保护膜，电解液起关键性作用，是影响锂离子电池电性能的重要因素，而添加剂又是其中极为关键的组分，一种或者多种添加剂可以显著提高锂离子电池的各方面性能。例如：申请号为CN201610653856.8的专利技术《一种高镍三元动力电池电解液及高镍三元锂离子动力电池》，公开了采用导电添加剂二氟磷酸锂(LiPO2F2)、成膜添加剂硫酸乙烯酯(DTD)、浸润剂为氟代磷腈和氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的至少一种，通过以上三类添加剂的相互作用，在电极表面形成优良的SEI膜，促进锂离子电池内部动力学过程，保证动力电池的高功率特性和良好的循环性能，同时还具有较高的安全性。然而，动力电池高温循环和高温存储性能较高，其中的高温保护剂较少，长期高温存储和高温循环性能可能保证不了，需要进一步改进优化。高电压正极或高镍正极或硅碳负极主要的问题如下：高电压正极或高镍正极，满电态时正极表面过渡金属离子处于高氧化态，容易夺取溶剂或添加剂中的电子，使溶剂或添加剂被氧化分解，从而导致产气、添加剂失效等结果，此外高氧化态的过渡金属离子不稳定，容易受HF的作用，导致过渡金属离子溶出，从而通过电解液迁移到负极，破坏负极的SEI；此外硅碳负极主要的问题是，在充放电或长期循环过程中，由于脱嵌锂及材料在脱嵌锂过充中结构的变化导致硅负极表面的SEI不稳定，在循环过程中会不断被破坏，然后又不断生成，需要消耗较多的负极成膜剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前锂离子电池中高电压正极或高镍正极表面过渡金属离子高活性及容易被HF腐蚀、硅碳负极SEI膜稳定性差的问题，提供一种锂离子电池电解液及使用该电解液的高能量密度锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述的添加剂包括负极成膜添加剂、酸酐类添加剂和锂盐型添加剂，此外，还包括腈类化合物或醚腈类化合物。一种包含上述的电解液的高能量密度锂离子电池，所述的锂离子电池包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、隔膜、粘结剂和电解液。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：(1)针对高电压正极或高镍正极，主要通过腈类和酸酐的组合，以及正极保护剂，通过络合或物理结合或成键作用，很好的稳定正极表面的过渡金属，减少或抑制其氧化溶剂或添加剂，稳定正极及其界面，从而保证电池的电性能，腈类和酸酐类添加剂相比丙烯磺酸内酯(RPS)具有阻抗低的特性，低温性能更优。(2)针对硅碳负极，根据其中硅所含的百分比，合理优化其中的负极成膜添加剂及其含量，碳酸亚乙烯酯是很好的负极成膜添加剂，可以在石墨负极很好地成膜，而氟代碳酸酯在硅碳负极可以很好地成膜，并且成的膜具有一定的韧性，在一定程度上可以较好的抵抗由于硅碳负极在脱嵌锂过程中带来的体积变化。(3)加入锂盐型添加剂可以进一步改善高温或降低电池阻抗，进一步提升电池的电性能。综合上述多种添加剂的效果，通过它们的协同作用，可改善高能量密度锂离子电池的高温存储、循环和低温放电等电性能。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，并以高镍正极镍钴锰酸锂(NMC811)正极配硅碳负极电池做具体的说明，本专利技术的正、负极、电解液并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述的添加剂包括负极成膜添加剂、酸酐类添加剂和锂盐型添加剂，此外，还包括腈类化合物或醚腈类化合物。负极成膜添加剂可在负极形成稳定负极表面的SEI，腈类化合物或醚腈类化合物和酸酐类化合物，可以络合正极或在正极表面形成稳定的保护膜，锂盐型添加剂可以改善高温性能和/或降低阻抗。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种锂离子电池电解液，所述的有机溶剂包括A和/或B，所述的A为碳酸酯或氟代碳酸酯，所述的B为羧酸酯或氟代羧酸酯；所述的碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或几种；所述的氟代碳酸酯为所述的碳酸酯对应的氟代化合物中的一种或几种；所述的羧酸酯为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中的一种或几种；所述的氟代羧酸酯为所述的羧酸酯对应的氟代化合物中的一种或几种。具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种锂离子电池电解液，所述的电解液中锂盐在电解液中所占的质量分数为10wt％～20wt％，优选地12％～16％；所述的锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)、二氟(草酸)硼酸锂(LiODFB)、二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)、四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)、双三氟甲基磺酰亚胺(LiTFSI)、三氟甲基磺酸锂(LiSO3CF3)中的一种或几种。具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种锂离子电池电解液，所述的腈类化合物为丁二腈(SN)、戊二腈、己二腈(ADN)、庚二腈、辛二腈、葵二腈、1，3，6-己烷三腈(HTCN)、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷(DENE)中的一种或几种；当添加腈类化合物时，腈类化合物和酸酐类化合物两者在电解液中所占的质量分数为0.2～6.5％，优选为0.2～3％；所述的醚腈类化合物为乙二醇双(丙腈)醚、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1，2，3-三-(2-氰乙氧基)丙烷中的一种或几种；当添加醚腈类化合物时，醚腈类化合物和酸酐类化合物两者在电解液中所占的质量分数为0.2～6.5％，优选为0.2～3％。具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种锂离子电池电解液，所述的酸酐类添加剂为丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、庚二酸酐、邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、宁康酸酐、柠檬酸酐、全氟戊二酸酐中的一种或几种，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于：所述的添加剂包括负极成膜添加剂、酸酐类添加剂和锂盐型添加剂，此外，还包括腈类化合物或醚腈类化合物。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于：所述的添加剂包括负极成膜添加剂、酸酐类添加剂和锂盐型添加剂，此外，还包括腈类化合物或醚腈类化合物。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述的有机溶剂包括A和/或B，所述的A为碳酸酯或氟代碳酸酯，所述的B为羧酸酯或氟代羧酸酯；所述的碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或几种；所述的氟代碳酸酯为所述的碳酸酯对应的氟代化合物中的一种或几种；所述的羧酸酯为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中的一种或几种；所述的氟代羧酸酯为所述的羧酸酯对应的氟代化合物中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述的电解液中锂盐在电解液中所占的质量分数为10wt％～20wt％；所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(草酸)硼酸锂、二氟(草酸)硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺、三氟甲基磺酸锂中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述的腈类化合物为丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、葵二腈、1，3，6-己烷三腈、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷中的一种或几种；当添加腈类化合物时，腈类化合物和酸酐类化合物两者在电解液中所占的质量分数为0.2～6.5％；所述的醚腈类化合物为乙二醇双(丙腈)醚、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1，2，3-三-(2-氰乙氧基)丙烷中的一种或几种；当添加醚腈类化合物时，醚腈类化合物和酸酐类化合物两者在电解液中所占的质量分数...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾长安，李素丽，徐延铭，李俊义，
申请(专利权)人：珠海光宇电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44