电解液及锂离子电池制造技术

本申请的实施例提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，添加剂包括腈化合物、氟代磷腈以及氟代醚。通过使电解液包括腈化合物、氟代磷腈、氟代醚，当其应用到锂离子电池中后，在三者的协同作用下可显著提高电解液本身及阴极材料的热稳定性，大大改善锂离子电池的安全性。此外，通过添加具有碳‑碳双键的环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯和控制腈化合物、氟代磷腈、氟代醚在电解液中的质量百分比可以实现显著改善锂离子电池的安全性而不会明显恶化锂离子电池的循环性能。

Electrolyte and Lithium Ion Battery

An embodiment of the present application provides an electrolyte comprising lithium salts, organic solvents and additives including nitrile compounds, fluorophosphazenes and fluoroethers. The thermal stability of the electrolyte and cathode materials can be significantly improved and the safety of lithium ion batteries can be greatly improved by using the electrolyte including nitrile compounds, fluorophosphazenes and fluoroethers when they are applied to lithium ion batteries. In addition, the safety of lithium-ion batteries can be significantly improved by adding cyclic carbonates with carbon-carbon double bonds, fluorocyclic carbonates and controlling the mass percentage of nitrile compounds, fluorophosphazenes and fluoroethers in the electrolyte without significantly deteriorating the cycle performance of lithium-ion batteries.

【技术实现步骤摘要】
电解液及锂离子电池
本申请的实施例涉及电池领域，更具体地，涉及电解液及锂离子电池。
技术介绍
当今锂离子电池已广泛应用于电动汽车、智能手机、小型无人机等领域。随着其应用的愈发广泛，人们对其安全性也愈发关注。特别是近些年来，不断有锂离子电池起火爆炸的事件被曝出。由此，开发出高安全性的锂离子电池正成为各大电池厂商的当务之急。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的上述技术问题，本申请的一些实施例提供了一种电解液，包括添加剂，其中，所述添加剂包括腈化合物、氟代磷腈以及氟代醚。在上述电解液中，所述腈化合物选自式1、式2和式3所示的化合物组成的组中的至少一种：其中，R11选自碳原子数为1～5的亚烷基、碳原子数为1～5的亚烷氧基中的一种；R21、R22各自独立地选自碳原子数为0～5的亚烷基中的一种；R31、R32、R33各自独立地选自碳原子数为0～5的亚烷基、碳原子数为1～5的亚烷氧基中的一种。所述氟代磷腈选自下式4所示的化合物中的一种或多种的组合：其中，R41选自碳原子数为1～6的烷基、苯基、卤代烷基和卤代苯基中的一种；所述氟代醚选自下式5所示的化合物中的一种或多种的组合：R51-O-R52式5，其中，R51、R52各自独立地选自碳原子数为1～5的氟代烷基中的一种。在上述电解液中，所述腈化合物选自以下化合物组成的组中的至少一种：在上述电解液中，所述氟代磷腈选自甲氧基五氟环三磷腈(CH3OP3N3F5)、乙氧基五氟环三磷腈(C2H5OP3N3F5)、丙氧基五氟环三磷腈(C3H7OP3N3F5)、2,2,2-三氟乙氧基五氟环三磷腈(C2H2OP3N3F8)、苯氧基五氟环三磷腈(C6H5OP3N3F5)、4-氟苯氧基五氟环三磷腈(C6H4OP3N3F6)中的一种或多种的组合。在上述电解液中，所述氟代醚选自四氟乙基三氟乙基醚(CF2HCF2OCH2CF3)、四氟乙基四氟丙基醚(CF2HCF2OCH2CF2CF2H)、四氟乙基六氟丁基醚(CF2HCF2OCH2CF2CF2CF2H)、四氟乙基八氟戊基醚(CF2HCF2OCH2CF2CF2CF2CF2H)中的一种或多种的组合。在上述电解液中，所述腈化合物在所述电解液中的质量百分比为0.5％～15％，所述氟代磷腈在所述电解液中的质量百分比为1％～20％，并且所述氟代醚在所述电解液中的质量百分比为2％～20％。在上述电解液中，所述添加剂还包括具有碳-碳双键的环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯中的一种或多种的组合，所述具有碳-碳双键的环状碳酸酯在所述电解液中的质量百分比为0.1％～10％，所述氟代环状碳酸酯在所述电解液中的质量百分比为0.1％～20％。在上述电解液中，所述具有碳-碳双键的环状碳酸酯选自碳酸亚乙烯酯(VC)、4-甲基碳酸亚乙烯酯、4-乙基碳酸亚乙烯酯中的一种或多种的组合，所述氟代环状碳酸酯选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、二氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种的组合。在上述电解液中，所述电解液还包括有机溶剂，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯中的一种或多种的组合。在上述电解液中，所述电解液还包括锂盐，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂、高氯酸锂、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或多种的组合，其中，所述锂盐的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。在上述电解液中，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，且所述锂盐的浓度为0.8mol/L～1.2mol/L。根据本专利技术的另一些实施例，还提供了一种锂离子电池，其中，包括以上所述的电解液。在上述锂离子电池中，还包括：含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片以及隔离膜。在上述锂离子电池中，所述正极活性材料选自钴酸锂(LiCoO2)、锂镍锰钴三元材料、磷酸铁锂(LiFePO4)、锰酸锂(LiMn2O4)中的一种或多种的组合，所述负极活性材料选自天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、硅、硅-碳复合物、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、尖晶石结构的锂化TiO2-Li4Ti5O12、Li-Al合金中的一种或多种的组合。本申请的专利技术人发现氰基官能团中孤对电子的能级与锂离子电池阴极活性物质中过渡金属原子最外层空轨道的能级相近，使得含氰基官能团的腈化合物可以在阴极表面发生络合吸附，增强了充电态的锂离子电池阴极表面的结构稳定性，从而改善其热稳定性。随腈化合物中氰基官能团个数的增加，其所起的吸附效果越显著。氟代磷腈可以捕捉热失控过程中链式反应的自由基，起到延缓热失控的作用。氟代醚具有较高的闪点或不可燃，可以起到提高电解液闪点，降低其可燃性的作用。因此，根据本申请的一些实施例，通过使得本申请的电解液包括腈化合物、氟代磷腈、氟代醚，当其应用到锂离子电池中后，在三者的协同作用下可显著提高电解液本身及阴极材料的热稳定性，大大改善锂离子电池的安全性。此外，通过添加具有碳-碳双键的环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯和添加并控制腈化合物、氟代磷腈、氟代醚在电解液中的质量百分比可以实现显著改善锂离子电池的安全性而不会明显恶化锂离子电池的循环性能。具体实施方式下面将对本申请的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。锂离子电池电解液中含有大量低闪点的可燃有机溶剂，达到一定的温度和气氛条件，即被点燃，从而引起锂离子电池起火甚至爆炸。改善电解液的安全性可以在很大程度上提高锂离子电池的安全性。同时，锂离子电池阴极材料在高电压下的热稳定性也深刻影响着锂离子电池的安全行为。常用的锂离子电池阴极材料，尤其是钴酸锂材料，脱锂态受热时发生晶型转变同时释放出氧气，大大增加了锂离子电池起火风险。因此，提高阴极材料的热稳定性也可以起到改善锂离子电池安全性的效果。本申请的专利技术人发现，磷系添加剂可以捕捉热失控过程中链式反应的自由基，起到延缓热失控的作用，而卤系添加剂具有较高的闪点或不可燃，可以起到提高电解液闪点的作用。这两类添加剂均可以在一定程度上改善锂离子电池的安全性。氰基官能团中孤对电子的能级与锂离子电池阴极活性物质中过渡金属原子最外层空轨道的能级相近，使得含氰基官能团的腈化合物可以在阴极表面发生络合吸附，增强了充电态的锂离子电池阴极表面的结构稳定性，从而改善其热稳定性。随腈化合物中氰基官能团个数的增加，其所起的吸附效果越显著。基于以上发现，在本申请的一些实施例中，将腈化合物、氟代磷腈与氟代醚结合应用于电解液中。通过在电解液中添加氟代磷腈，可以捕捉热失控过程中链式反应的自由基，降低自由基数量和链式反应的剧烈程度，进而起到延迟热失控的目的；同时，添加具有较高的闪点或不可燃的氟代醚，加入非水电解液后可以很大程度上提高电解液的闪点，达到降低电解液可燃性的目的；并且氰基官能团中孤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液，包括添加剂：其中，所述添加剂包括腈化合物、氟代磷腈以及氟代醚。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，包括添加剂：其中，所述添加剂包括腈化合物、氟代磷腈以及氟代醚。2.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述腈化合物选自式1、式2和式3所示的化合物组成的组中的至少一种：其中，R11选自碳原子数为1～5的亚烷基、碳原子数为1～5的亚烷氧基中的一种；R21、R22各自独立地选自碳原子数为0～5的亚烷基中的一种；R31、R32、R33各自独立地选自碳原子数为0～5的亚烷基、碳原子数为1～5的亚烷氧基中的一种。所述氟代磷腈选自式4所示的化合物中的一种或多种的组合：其中，R41选自碳原子数为1～6的烷基、苯基、卤代烷基和卤代苯基中的一种；所述氟代醚选自式5所示的化合物中的一种或多种的组合：R51-O-R52式5，其中，R51、R52各自独立地选自碳原子数为1～5的氟代烷基中的一种。3.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述腈化合物选自以下化合物中组成的组中的至少一种：4.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述氟代磷腈选自甲氧基五氟环三磷腈(CH3OP3N3F5)、乙氧基五氟环三磷腈(C2H5OP3N3F5)、丙氧基五氟环三磷腈(C3H7OP3N3F5)、2,2,2-三氟乙氧基五氟环三磷腈(C2H2OP3N3F8)、苯氧基五氟环三磷腈(C6H5OP3N3F5)、4-氟苯氧基五氟环三磷腈(C6H4OP3N3F6)中的一种或多种的组合。5.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述氟代醚选自四氟乙基三氟乙基醚(CF2HCF2OCH2CF3)、四氟乙基四氟丙基醚(CF2HCF2OCH2CF2CF2H)、四氟乙基六氟丁基醚(CF2HCF2OCH2CF2CF2CF2H)、四氟乙基八氟戊基醚(CF2HCF2OCH2CF2CF2CF2CF2H)中的一种或多种的组合。6.根据权利要求5所述的电解液，其中，所述腈化合物在所述电解液中的质量百分比为0.5％～15％，所述氟代磷腈在所述电解液中的质量百分比为1％～20％，并且所述氟代醚在所述电解液中的质量百分比为2％～20％。7.根据权利要求6所述的电解液，其中，所述添加剂还包括具有碳-碳双键的环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯中的一种或多种的组合，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群峰，唐超，张水蓉，马娟，刘俊飞，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35