一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池，该锂离子电池非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中该添加剂包括选自结构式1所示化合物，其中R选自碳原子数为1‑3的烃基，m是1或2，上述结构式1所示化合物的含量相对于锂离子电池非水电解液总质量为0.1％‑2％。本发明专利技术的锂离子电池非水电解液的高低温性能均表现优异。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池电解液
，尤其涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。
技术介绍
随着新能源汽车的发展，非水电解液锂离子电池在新能源汽车用动力电源系统具有巨大的应用前景。虽然这些非水电解液电池已经实用化，但在耐久性使用上还无法让人满意，特别是在高温45℃下使用寿命较短。尤其是对于动力汽车和储能系统，非水电解液锂离子电池要求在寒冷地区也能正常工作，更要兼顾高低温性能。在非水电解液锂离子电池中，非水电解液是影响电池高低温性能的关键因素，特别地，非水电解液中的添加剂对电池高低温性能的发挥尤其重要。在锂离子电池初始充电过程中，电池正极材料中的锂离子脱嵌出来，通过电解液嵌入碳负极中。由于其高反应性，电解液在碳负极表面反应产生Li2CO3、LiO、LiOH等化合物，从而在负极表面形成钝化膜，该钝化膜称为固体电解液界面膜(SEI)。在初始充电过程中形成的SEI膜，不仅阻止电解液进一步在碳负极表面分解，而且起到锂离子隧道作用，只允许锂离子通过。因此，SEI膜决定了锂离子电池性能的好坏。为了提高电池的各项性能，许多科研者通过往电解液中添加不同的添加剂来改善SEI膜的质量，从而改善电池的性能。例如，在日本特开2000-123867号公报中提出了通过在电解液中添加碳酸亚乙烯酯来提高电池特性。该方法通过用碳酸亚乙烯酯聚合产生的聚合物钝化电极表面，阻止电解液在电极表面分解，从而提高电池的循环性能。但由于锂离子难以通过该钝化膜，电池内阻上升，使得电池在零度以下性能不佳。中国专利申请CN101188313A公开了一种含A[OSi(CmH2m+1)3]3(其中A是P或B，m是0-6范围内的整数)化合物的电解液，该电解液能改善电池的低温放电性能。但在实验中，我们发现含A[OSi(CmH2m+1)3]3化合物的电解液的低温性能及高温性能仍不够理想。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够兼顾电池高低温性能的锂离子电池非水电解液，进一步提供一种包括上述锂离子电池非水电解液的锂离子电池。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，该添加剂包括选自结构式1所示化合物，结构式1其中R选自碳原子数为1-3的烃基，m是1或2。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述结构式1所示化合物的含量相对于上述锂离子电池非水电解液总质量为0.1％-2％。作为本专利技术的优选方案，其中R选自甲基、乙基或丙基。作为本专利技术的优选方案，m是1。作为本专利技术的优选方案，上述结构式1所示化合物选自五(三甲基硅烷)乙叉二膦酸酯、五(三甲基硅烷)丙叉二膦酸酯、五(三甲基硅烷)丁叉二膦酸酯中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或两种以上。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述添加剂还包括1,3-丙烷磺内酯(1，3-PS)、1,4-丁烷磺内酯(BS)、1,3-丙烯磺内酯(PST)中的一种或两种以上。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物，上述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁烯酯中的一种或两种以上，上述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的一种或两种以上。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2F)2中的一种或两种以上。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种锂离子电池，包括正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜，还包括第一方面的锂离子电池非水电解液。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述正极的活性物质选自LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCo1-yMyO2、LiNi1-yMyO2、LiMn2-yMyO4和LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2中的一种或两种以上，其中，M选自Fe、Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V和Ti中的一种或两种以上，且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。本专利技术的锂离子电池非水电解液中含有结构式1所示的添加剂，该添加剂能够在负极上发生分解，形成钝化膜，该钝化膜阻抗较低，有利于锂离子通过，改善电池的低温性能。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的锂离子电池用电解液的关键在于，含有结构式1所示的化合物作为添加剂，结构式1其中R选自碳原子数为1-3的烃基，m是1或2。本专利技术中，R选自碳原子数为1-3的烃基，其中烃基可以是饱和烃基或不饱和烃基，即可以是烷基、烯基或炔基，烷基的例子例如甲基、乙基、丙基、异丙基，烯基的例子例如乙烯基、丙烯基、烯丙基，炔基的例子例如乙炔基、丙炔基、炔丙基。本专利技术中，在首次充电过程中，结构式1所示化合物能够优先于溶剂分子在负极表面分解，在负极表面形成稳定的钝化膜，该产物有利于锂离子通过。专利技术人经过深入研究表明，R选自碳原子数为1-3的烃基，能够显著地取得上述利于锂离子通过的优异效果。但当R选自碳原子数为大于3的烃基时，由于R基团过大，分解产物中不利于锂离子通过的成分增加，反而会阻碍锂离子通过，降低电池的低温性能。专利技术人还发现，m的取值对其性能也有重要影响，m是1或2，能够显著地取得上述效果。当m的取值大于2时，可能由于分解产物中不利于锂离子通过的成分增加，反而会阻碍锂离子通过，降低电池的低温性能。在本专利技术的比较优选的实施方案中，m是1，R是甲基，此时结构式1所示化合物称为五(三甲基硅烷)乙叉二膦酸酯；或m是1，R是乙基，此时结构式1所示化合物称为五(三甲基硅烷)丙叉二膦酸酯；或m是1，R是丙基，此时结构式1所示化合物称为五(三甲基硅烷)丁叉二膦酸酯。电解液中结构式1所示的化合物的含量对其性能的发挥有一定影响。在本专利技术的一个优选实施方案中，结构式1所示化合物的含量相对于上述锂离子电池非水电解液总质量为0.1％-2％。低于0.1％时，难以充分在负极表面形成钝化膜，从而难以充分提高非水电解液电池的低温放电性能，而超过2％时，结构式1所示化合物在正负极表面形成过厚的钝化膜，从而降低电池高温性能。本专利技术的锂离子电池用电解液还可以添加其它添加剂，如选自碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或两种以上的添加剂；还可以选自1,3-丙烷磺内酯(1，3-PS)、1,4-丁烷磺内酯(BS)、1,3-丙烯磺内酯(PST)中的一种或两种以上。这些添加剂能在石墨负极表面形成更稳定的SEI膜，从而显著提高了锂离子电池的循环性能。这些添加剂可以按照本领域的一般添加量添加，例如相对于电解液总质量为0.1％-5％，优选0.2％-3％，更优选0.5％-2％。已经研究表明，本专利技术的结构式1所示的化合物与上述其它添加剂联合使用，能够取得比它们单独使用时更优异的效果，推测可能是它们之间有协同作用，即结构式1所示的化合物与其它添加剂通过协同作用共同改善电池低温性能、高温储存和/或循环性能。在本专利技术的一个优选实施方案中，上述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括选自结构式1所示化合物，其中R选自碳原子数为1‑3的烃基，m是1或2。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括选自结构式1所示化合物，其中R选自碳原子数为1-3的烃基，m是1或2，所述结构式1所示化合物的含量相对于所述锂离子电池非水电解液总质量为0.1％-2％。2.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，其中R选自甲基、乙基或丙基。3.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，m是1。4.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示化合物选自五(三甲基硅烷)乙叉二膦酸酯、五(三甲基硅烷)丙叉二膦酸酯、五(三甲基硅烷)丁叉二膦酸酯中的至少一种。5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种以上，和/或1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯、1,3-丙烯磺内酯中的一种或两种以上。6.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物，所述环状碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：石桥，郑仲天，胡时光，曹朝伟，黄丰良，周雪，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44