电解液和含有电解液的电池制造技术

本申请的实施例提供了电解液和含有该电解液的电池，电池的电解液包括：羧酸酯；环醚和腈化合物。本申请通过将羧酸酯引入溶剂体系中，同时结合腈化合物与环醚的使用，明显提升了电芯倍率性能，同时保证高温存储性能和高温循环性能。

Electrolytes and batteries containing electrolytes

An embodiment of the present application provides an electrolyte and a battery containing the electrolyte, which includes carboxylic esters, cyclic ethers and nitriles. By introducing carboxylic esters into solvent system and combining the use of nitrile compounds and cyclic ethers, the application can significantly improve the core rate performance, while ensuring high temperature storage performance and high temperature cycling performance.

【技术实现步骤摘要】
电解液和含有电解液的电池
本申请的实施例涉及电池领域，更具体地，涉及电池的电解液和含有该电解液的电池。
技术介绍
锂离子电池因其较高的能量密度，长循环寿命，及无记忆效应等优点，被广泛地用于智能手机、穿戴设备、消费级无人机以及电动汽车等领域；随着锂离子电池的广泛应用，信息技术的发展，对锂离子电池的要求除了常规性能外，又提出快速充放电的要求，因此如何满足锂离子电池的快速充放电成为当前行业内急需解决的问题。影响锂离子电池的快速充放电的因素有很多，其中，电解液作为锂离子电池的重要组成部分，对其有着重大的影响。通过改善电解液能够有效地改善锂离子电池的动力学性能，减少大倍率极化，降低充电温升。链状羧酸酯具有低熔点、低粘度的特点，能有效地改善锂离子电池在常温和低温环境下大倍率充电特性，能够有效降低锂离子电池直流内阻从而降低充电过程的温升。但羧酸酯应用于高电压钴酸锂(LiCoO2)等的锂离子电池时，由于锂离子电池充放电时存在较强的氧化性(LiCoO2电极、活性氧)，容易导致羧酸酯的氧化分解。因此，为了进一步拓宽羧酸酯溶剂的使用，提高羧酸酯电解液在高电压、高温体系中的稳定性，需要向羧酸酯电解液中加入更为合适的添加剂。
技术实现思路
本申请提供了在高电压下(＞4.35V)提高电池的高温稳定性的电解液，解决了因依靠羧酸酯提高动力学性能而带来的高温存储性能和高温循环性能变差的问题。本申请将羧酸酯引入溶剂体系中，同时结合腈与环醚的使用，能明显提升电芯倍率性能，同时保证高温存储性能和高温循环性能。本申请的实施例提供了一种电解液，包括：羧酸酯；以及环醚和腈化合物。在上述电解液中，其中，所述环醚占所述电解液的总质量的百分比为0.01％～2％。在上述电解液中，其中，所述腈化合物占所述电解液的总质量的百分比为0.5％～10％。在上述电解液中，其中，所述环醚选自1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环和1,4-二氧六环中的一种或多种。在上述电解液中，其中，所述腈化合物选自以下化学式所示的化合物中的一种或多种，其中，R11选自碳原子数为1～5的亚烷基、碳原子数为1～6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；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R331～5的亚烷氧基中的一种：NC-R11-CN、在上述电解液中，其中，所述腈化合物选自以下化合物中的一种或多种：在上述电解液中，其中，进一步包含锂盐，所述锂盐包含六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种。在上述电解液中，其中，所述羧酸酯占所述电解液的总质量的百分比为5％～70％。在上述电解液中，其中，所述羧酸酯的化学式为其中，R1、R2独立地选自碳原子数目介于1～5的烷烃基或卤代烷烃基。在上述锂离子电池的电解液中，其中，所述羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯中的一种或多种。本申请的另一实施例提供了包括上述电解液的锂离子电池，但本专利技术不限于锂离子电池。本申请的有益效果在于通过向传统碳酸酯电解液中加入羧酸酯、特定结构的环醚和特定结构的腈化合物，充分发挥上述三种化合物的共同作用，进而改善锂离子电池的高温循环性能、高温存储性能和倍率性能。通过向传统碳酸酯电解液中加入羧酸酯，提高了锂离子电池的动力学性能，但是在高电压下，由于正极材料不太稳定，释放具有强氧化性的物质，致使羧酸酯在正极表面发生氧化反应。加入特定结构的环醚和特定结构的腈化合物作为添加剂，其中，特定结构的环醚开环成膜，而腈化合物抑制Co离子的溶出，因此稳定正极，抑制锂离子电池在高温存储期间的气胀，提高锂离子电池的高温存储稳定性和高温循环性能。本申请通过优化电解液中羧酸酯、特定结构的环醚、特定结构的腈化合物的用量比例，进一步提高了锂离子电池的倍率、高温存储性能和高温循环性能。具体实施方式本专利技术将特定结构的环醚与特定结构的腈化合物作为组合添加剂加入含链状羧酸脂的电解液中，环醚在电解液中的质量百分比为0.01％～2％，腈化合物在电解液中的质量百分比为0.5％～10％。与现有技术相比，采用本申请提供的电解液可以改善锂离子电池的动力学性能，同时保证高温循环性能和高温存储性能。特定结构的环醚的氧化电位较低，在阴极表面氧化，开环生成有机锂盐，该有机锂盐稳定，增强了固体电解质界面(SEI)膜的稳定性，缓解高温过程中的锂离子电池的电解液在电极表面的氧化分解，进而达到改善锂离子电池的高温存储性能及高温循环性能的目的。腈官能团中的孤对电子能级与锂离子电池的阴极活性物质中的过渡金属原子的最外层空余轨道的能级相近，使得含腈官能团的有机分子可以在阴极表面发生络合吸附。吸附在阴极表面的有机分子可以很好地将电解液中易氧化组分与阴极表面隔开，大大降低了充电态的锂离子电池的阴极表面对电解液的氧化作用，从而改善锂离子电池的循环性能和高温存储性能。不同结构的含腈官能团的有机分子对电解液与阴极表面将产生不同的隔离效果。随着有机分子中的腈官能团个数的增加，其所起的隔离效果越显著。同时，含腈官能团的有机分子的大小有一个最优值，分子过小，形成的隔离空间有限，不能有效地将电解液中的易氧化组分与阴极表面隔开，分子过大，电解液中的易氧化组分可以通过含腈官能团的有机分子的间隙与阴极表面发生接触，仍不能起到很好的隔离效果。本申请的申请人发现，将特定结构的环醚与特定结构的腈化合物结合使用，可以很大程度上改善含羧酸酯的锂离子电池的高温存储性能和高温循环性能。具体地，通过环醚的成膜与腈化合物的络合吸附的共同作用，有效地保护了阴极表面，隔离了羧酸酯与阴极界面的接触，从而有效地防止了羧酸酯带来的高温循环性能和高温存储性能的恶化。本申请的电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂。在实施例中，有机溶剂为非水有机溶剂。在一些实施例中，有机溶剂可以包括羧酸酯化合物和碳酸酯类化合物。碳酸酯可以是任意种类的碳酸酯，只要可以用作非水电解质有机溶剂即可，例如，可以是环状碳酸酯或者链状碳酸酯等。环状碳酸酯可以是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚戊酯、氟代碳酸乙烯酯等，链状碳酸酯可以是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯等，但是本申请并不仅限于此，也可以采用它们的卤代衍生物。另外，这些化合物可以单独或者几种混合使用。本申请的羧酸酯为链状羧酸酯，选自化学式1所示的化合物中的至少一种：化学式1其中R1、R2为碳原子数目介于1～5的烷烃基或卤代烷烃基。具体地，化学式1表示的羧酸酯包括乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)和丙酸丙酯(PP)中的一种或多种。以电解液的总质量为基准，羧酸酯的含量为5wt.％～70wt.％。如果羧酸酯的含量低于5wt.％，低温和高功率性能改善不明显。如果羧酸酯的含量超过70wt.％，不可逆副反应增加。本申请的电解液中的锂盐可以包括无机锂盐和有机锂盐中的一种或多种。具体地，锂盐可以包括六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂、高氯酸锂、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。优选地，锂盐为六氟磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液，包括：羧酸酯；以及环醚和腈化合物。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，包括：羧酸酯；以及环醚和腈化合物。2.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述环醚占所述电解液的总质量的百分比为0.01％～2％。3.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述腈化合物占所述电解液的总质量的百分比为0.5％～10％。4.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述环醚选自1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环和1,4-二氧六环中的一种或多种。5.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学式所示的化合物中的一种或多种，其中，R11选自碳原子数为1～5的亚烷基、碳原子数为1～6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；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张水蓉，唐超，王群峰，栗文强，
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