一种三元正极材料锂离子电池及其电解液制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种三元正极材料高电压锂离子电池及其电解液；该电解液包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括1，3-丙烷磺酸内酯、具有结构式I或II的化合物、以及含有M-O-Si官能团的化合物，其中M为B、C、N、P、S以及Al中的任意一种。与现有技术相比，采用本发明专利技术电解液的三元正极材料锂离子电池能够在4.4V及以上高电压范围正常工作，并抑制了电池在高温、低温环境使用过程中内阻的上升，有效提高了电池的高温储存性能和低温放电平台，并能在较宽的温度范围内具备优异的循环性能和储存性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种三元正极材料高电压锂离子电池 及其电解液。
技术介绍
近年来，随着我国乃至国际社会对能源及环境问题的高度关注，以及国家可持续 发展战略的实施和对新能源的迫切需求，清洁、低碳、无污染、可再生能源的开发利用成为 了国家的重要战略目标。积极推动节能减排的政策逐渐得到落实，新能源汽车在相对宽松 的政策和政府大力扶持下得到了全面发展。目前国家通过大力发展纯电动汽车 (Electronic vehicle，EV)和混合动力电动车（Hybird electronic vehicle，HEV)来实现 节能减排缓解能源及环境问题。因此发展新能源电动汽车有着内在的必要性和外在的需 求。 目前人们对新能源汽车最关注的几个问题包括:新能源汽车的续航能力、新能源 汽车的价格以及新能源汽车的安全性。其中，动力电池作为新能源动力汽车的核心技术之 一;而锂离子电池因具有高能量密度、高工作电压和长使用寿命等优点成为动力电池的首 选。众所周知，国内锂离子动力电池的发展路线从正极材料能量密度来划分，依次为磷酸亚 铁锂-猛酸锂-三元镍钴猛(NCM)-三元镍钴错(NCA)。其中主流的动力电池体系是磷酸亚 铁锂动力电池，磷酸亚铁锂电池的克容量为150mAh/g，工作电压在2.5-3.65V，放电平台为 3.2V，相比于国外特斯拉使用的松下NCA动力电池体系的能量密度有较大的差距。当前国内 三元动力电池体系发展势头较好，其市场规模近年来呈逐渐增长的趋势，现有的三元材料 NCM体系的工作电压为4.1-4.2V，相比磷酸铁锂(LFP)电池体系其能量密度有较大幅度的提 升，但相比于工信部对我国动力电池到2020年能量密度达300Wh/Kg的要求还有很大的差 距。而提升三元正极材料的工作电压和压实密度是提升电池能量密度的有效途径，可在保 持电池体积不变的情况下大幅提高电动汽车的续航里程。然而目前针对4.4V及以上三元材 料相匹配的电解液仍不成熟，主要问题在于电池的循环性能无法满足电动汽车的要求，当 电池工作电压提高后高温循环性能、高温储存性能较差;并且大部分电解液采用高温体系， 其低温阻抗较大，放电平台较低，致使电动汽车的爬坡能力下降。因此急需开发一种兼具高 电压、宽温度范围和长循环寿命性能的三元正极材料锂离子电池电解液及锂离子电池。
技术实现思路
针对当前三元正极材料动力电池在高电压下循环性能差、高温储存性能不足、低 温放电平台较低、使用过程内阻变化较大、无法满足动力汽车在宽温度区间使用等缺陷，本 专利技术的目的之一在于：提供一种可以在4.4V及以上电压正常工作的电解液，能够满足三元 正极材料体系电池的需求。 本专利技术的目的之二在于:针对现有技术的不足，提供一种在4.4V及以上高电位条 件下使用时具有较好的高温储存性能和低温放电平台，并能在较宽的温度范围内具备优异 的循环性能的三元正极材料锂离子电池。 为了实现上述目的，本专利技术提供以下解决方案： 一种三元正极材料锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，所述 添加剂包括1，3-丙烷磺酸内酯、具有结构式I或II的化合物I ?? 、 以及含有M-O-Si官能团的化合物，其中M为B、C、N、P、S以及Al中的任意一种。 本专利技术通过1，3-丙烷磺酸内酯、具有结构式I或11的化合物、以及含有M-O-Si官能 团的化合物添加剂的使用所产生的协同效应，使得采用本专利技术电解液的三元正极材料锂离 子电池能够在4.4V及以上高电压范围正常工作，并抑制了电池在高温、低温环境使用过程 中内阻的上升，有效提高了电池的高温储存性能和低温放电平台，并且在较宽的温度范围 内均具备优异的循环性能。 优选的，所述1，3_丙烷磺酸内酯占电解液总质量的0.5%~5.0%，所述具有结构 式I或II的化合物占电解液总质量的0.1 %~12.0%，所述具有M-O-Si官能团的化合物占电 解液总质量的0.1~5.0%。 优选的，所述结构式I或II中的R1U^R4选自氟原子、氯原子、氢原子、乙烯基、 含1~4个碳原子的烷基和含1~6个碳原子的卤代烷基。 优选的，所述具有结构式I的化合物为氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1，2-二 氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯和4-氟-1，3-二氧戊环-2-酮中的至少一种。 优选的，所述具有结构式II的化合物为乙烯基亚硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、4-甲 基亚硫酸乙烯酯和4-乙基亚硫酸乙烯酯中的至少一种。 优选的，所述含有M-O-Si官能团的化合物为三(三乙基硅烷)硼酸酯、三(三乙基硅 烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三乙基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、 三(三甲基硅烷)磷酸酯、三氟甲磺酸三甲基硅酯、三氟乙酸三甲基硅酯和三甲硅烷基异氰 酸酯中的至少一种。 优选的，所述添加剂中还包括氟苯、碳酸亚乙烯酯、含有2~3个腈基的腈类化合物 和甲烷二磺酸亚甲酯中的至少一种;其中，所述氟苯的添加量为小于或等于4.0%，所述碳 酸亚乙烯酯的添加量为小于或等于0.5%，所述含有2~3个腈基的腈类化合物的添加量为 小于或等于5.0%，所述甲烷二磺酸亚甲酯的添加量为小于或等于2.0%。上述辅助添加剂 的加入能够进一步优化电解液体系，使得该电解液具有更加优异的综合性能。碳酸亚乙烯 酯是一种优良的过充电保护添加剂，具有良好的高低温性能及防气胀功能，可以提高电池 的容量和循环寿命。添加氟苯能够改善电解液对电池极片界面的浸润效果，提高电池的保 液量，同时降低电池的阻抗;添加了甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)的电池具有很好的高温循环 性能，当用于镍钴猛三元正极材料的动力电池时，MMDS能防止高温下恪出的Mn吸附在负极 表面，抑制了阻抗上升，有效提高了循环周期特性，可以大大增加其循环寿命。优选的，所述含有2~3个腈基的腈类化合物选自丁二腈、戊二腈、2-甲基戊二腈、 己二腈、1，3，6-己烷三腈和庚二腈中的至少一种。优选的，所述非水性有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯 酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲丙酯中的两种以上按任意比例混合的混合物;所述非水性有机溶 剂占电解液总质量的65%~85 %。上述非水性有机溶剂具有较高的分解电位，在高温、高压 下具有较好的热稳定性和电化学稳定性，从而为4.4V及以上三元正极材料锂离子电池的电 性能提供稳定的电化学环境。 优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺 锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种;所述锂盐占电解液总质量的10%~ 15%〇 本专利技术还提供一种采用上述三元正极材料锂离子电池电解液制备的三元正极材 料锂离子电池，包括正极极片、隔膜、负极极片、以及电解液，所述正极极片包括正极集流体 和涂覆在正极集流体表面的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体 表面的负极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述负极膜片包括负 极活性物质、导电剂和粘结剂。 其中，所述正极活性物质为 LiNiity-zCoxMnyAlz0 2，其中，0<x<l，OSySl，0<z< 1且0<計7+2<1;所述正极极片的压实密度大于或等于3.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三元正极材料锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于：所述添加剂包括1，3‑丙烷磺酸内酯、具有结构式I或II的化合物以及含有M‑O‑Si官能团的化合物，其中M为B、C、N、P、S以及Al中的任意一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱学全，周文超，姜彬，夏兰，余林颇，陈政，
申请(专利权)人：东莞市杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44