一种电解液添加剂及应用了该添加剂的锂离子电池制造技术

本申请公开了一种电解液添加剂及其在锂离子电池中的应用。该电解液添加剂包括多腈基化合物和含硼锂盐；用于锂离子电池，能使锂离子电池在高电压下仍保持良好的高温循环性能和高温存储特性。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液添加剂及应用了该添加剂的锂离子电池
本申请涉及一种电解液添加剂，属于锂离子电池领域。
技术介绍
近年来，随着智能电子产品的快速发展，对锂离子电池的续航能力提出了更高的要求。为了提高锂离子电池的能量密度，开发高电压锂离子电池是有效方法之一。目前，工作电压在4.35V以上的锂离子电池已成为众多科研单位和企业研究的热点。然而在高电压下，正极材料的氧化活性升高、稳定性下降，导致非水电解液容易在正极表面发生电化学氧化反应，进而分解产生气体。同时，正极活性材料中的过渡金属元素(如镍、钴、锰等)会发生还原反应而溶出，从而引起锂离子电池电化学性能进一步恶化。目前主要的解决方法是向电解液中加入成膜添加剂。这些添加剂能够在正极成膜，但会造成界面阻抗增加，导致电池中锂离子迁移扩散动力学性能降低，进而使得电池的倍率及循环性能衰减。因此，确有必要开发一种在高电压下仍能使锂离子电池保持良好循环寿命、低温放电特性和高温存储特性的电解液添加剂。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种电解液添加剂，该添加剂用于锂离子电池，能使锂离子电池在高电压下仍保持良好的循环寿命、低温放电特性和高温存储特性。所述电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括多腈基化合物和含硼锂盐；所述多腈基化合物包含具有结构式I所示的化合物、具有结构式II所示的化合物中的至少一种：结构式I其中，A11和A12是碳原子数为1～10的基团；A11、A12独立地选自直链亚烃基、含有氧和/或卤族元素的直链基团、具有饱和支链的亚烃基、含有氧和/或卤族元素且具有饱和支链的基团中的一种；结构式II其中，A21、A22、A23和A24是碳原子数为1～10的基团；A21、A22、A23、A24独立地选自亚烃基、含有氧和/或卤族元素的基团。优选地，所述结构式I中A11和A12是碳原子数为1～8的基团。优选地，所述多腈基化合物选自具有结构式I所示的化合物、具有结构式II所示的化合物中的至少一种。所述亚烃基，是烃类化合物分子上失去任意两个氢原子所形成的基团。烃类化合物包括烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃以及芳香烃。所述直链亚烃基，是指不含有支链的亚烃基。所述具有饱和支链的亚烃基，是指带有支链且支链上不含不饱和键的亚烃基。所述含有氧的基团，是指任意醛类化合物、醚类化合物、脂类化合物、醇类化合物，失去两个氢原子所形成的基团。所述含有氧的直链基团，是指任意直链的醛类化合物、醚类化合物、脂类化合物、醇类化合物，位于分子链两端的碳原子和/或氧原子各失去一个氢原子所形成的基团。优选地，所述含有氧的直链基团，选自-A-O-或-A-O-A-，A为直链亚烃基。进一步优选地，所述含有氧的直链基团，选自-A-O-或-A-O-A-，A为直链亚烷基。所述含有氧且具有饱和支链的基团，是指带有支链且支链上不含不饱和键的含有氧的基团。所述含有卤族元素的基团，是亚烃基上至少一个氢原子被卤族元素取代所形成的基团。所述含有卤族元素的直链基团，是直链亚烃基上至少一个氢原子被卤族元素取代所形成的基团。所述含有卤素且具有饱和支链的基团，是指具有饱和支链的亚烃基上至少一个氢原子被卤族元素取代所形成的基团。所述含有氧和卤族元素的基团，是含有氧的基团上至少一个氢原子被卤族元素取代所形成的基团。所述含有氧和卤族元素的直链基团，是含有氧的直链基团上至少一个氢原子被卤族元素取代所形成的基团。本申请所述的三腈/四腈化合物能促使含硼锂盐在正极表面形成固体电解质相界面膜(SolidElectrolyteInterface，简称SEI膜)，且成膜阻抗更小。三腈/四腈化合物能够与正极界面膜(CathodeElectrodeInterface，简写为CEI膜)形成多齿螯合作用，提高CEI膜的稳定性，从而提高锂离子电池高电压下循环和存储性能。所述含硼锂盐为含有硼元素的有机锂盐和/或无机锂盐。优选地，所述多腈基化合物选自1，3，6-己烷三腈、1，2，3-丙三腈、1，3，5-戊三腈、3，3-双(氰基甲基)戊二腈、3，3-双(氰基甲基)己二腈中的至少一种。优选地，所述含硼锂盐选自四氟硼酸锂LiBF4、二氟草酸硼酸锂(简写为LiODFB)、二草酸硼酸锂(简写为LiBOB)、Li2B12F12中的至少一种。优选地，所述添加剂还包括含有碳碳不饱和键的环状碳酸酯类化合物。进一步优选地，所述含有碳碳不饱和键的环状碳酸酯类化合物选自碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、氟代碳酸亚乙烯酯、亚甲基碳酸乙烯酯、1，2-二氟代碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、丙烯碳酸亚乙酯中的至少一种。根据本申请的又一方面，提供一种电解液，含有有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包含上述任意电解液添加剂中的至少一种。优选地，所述多腈基化合物在电解液中的质量百分含量为0.01％～10％。进一步优选地，所述多腈基化合物在电解液中的质量百分含量范围上限选自10％、8％、5％、4％，下限选自0.1％、1％、2％、3％。更进一步优选地，所述多腈基化合物在电解液中的质量百分含量为0.1～10％。优选地，所述含硼锂盐在电解液中的质量百分含量为0.01％～10％。进一步优选地，所述含硼锂盐在电解液中的质量百分含量范围上限选自10％、7％、6％、5％、4％、3％，下限选自0.1％、1％、2％。更进一步优选地，所述含硼锂盐在电解液中的质量百分含量为0.1％～3％。优选地，所述含有碳碳不饱和键的环状碳酸酯类化合物在电解液中的质量百分含量为0.1～9％。进一步优先地，所述含有碳碳不饱和键的环状碳酸酯类化合物在电解液中的质量百分含量为0.5～1％。优选地，所述电解质锂盐选自六氟磷酸盐、六氟砷酸盐、高氯酸锂、三氟磺酰锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂和三(三氟甲基磺酰)甲基锂中的至少一种。优选地，所述电解质锂盐在电解液中的浓度，以锂元素计，为0.5mol/L～3mol/L。优选地，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸丁酯、丙酸丁酯、丁酸丁酯和四氢呋喃中的至少一种。根据本申请的又一方面，提供一种锂离子电池，其特征在于，含有上述任一电解液添加剂或上述任意电解液。所述锂离子电池包括正极、负极、隔离膜和电解液。所述正极包括正极集流体及涂布在正极集流体上的正极膜片；所述负极包括负极集流体及涂布在负极集流体上的阳极膜片。所述正极膜片包括正极活性材料、粘结剂和导电剂。所述阳极膜片包括阳极活性材料、粘结剂和导电剂。优选地，所述正极活性材料任选自钴酸锂LiCoO2、锂镍锰钴三元材料Li(CoxNiyMn1-x-y)O2、锂镍铝钴三元材料Li(CoxNiyAl1-x-y)O2、磷酸亚铁锂LiFePO4、锰酸锂LiMn2O4中的至少一种；其中0.1≤x，y≤0.8，0.1≤x+y≤0.9。优选地，所述负极活性材料选自石墨、硅、锡的至少一种。优选地，所述负极活性材料的比表面积不超过3.5m2/g。进一步优选地，所述负极活性材料的比表面积为0.8～3.4m2/g。本申请能产生的有益效果包括但不限于：(1)本申请所提供的添加剂，包括多腈基化合物和含硼锂盐，能够改善锂离子电池正极材料在高电压下的稳定性，抑制电解液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括多腈基化合物和含硼锂盐；所述多腈基化合物包含具有结构式I所示的化合物、具有结构式II所示的化合物中的至少一种：其中，A11和A12是碳原子数为1～10的基团；A11、A12独立地选自直链亚烃基、含有氧和/或卤族元素的直链基团、具有饱和支链的亚烃基、含有氧和/或卤族元素且具有饱和支链的基团中的一种；其中，A21、A22、A23和A24是碳原子数为1～10的基团；A21、A22、A23、A24独立地选自亚烃基、含有氧和/或卤族元素的基团。

【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括多腈基化合物和含硼锂盐；所述多腈基化合物包含具有结构式I所示的化合物、具有结构式II所示的化合物中的至少一种：其中，A11和A12是碳原子数为1～10的基团；A11、A12独立地选自直链亚烃基、含有氧和/或卤族元素的直链基团、具有饱和支链的亚烃基、含有氧和/或卤族元素且具有饱和支链的基团中的一种；其中，A21、A22、A23和A24是碳原子数为1～10的基团；A21、A22、A23、A24独立地选自亚烃基、含有氧和/或卤族元素的基团。2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述多腈基化合物选自1，3，6-己烷三腈、1，2，3-丙三腈、1，3，5-戊三腈、3，3-双(氰基甲基)戊二腈、3，3-双(氰基甲基)己二腈中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述含硼锂盐选自LiBF4、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、Li2B12F12中的至少一种。4.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚甲基碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可飞，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35