非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种非水电解液及锂离子电池。所述非水电解液包括：锂盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述添加剂包括式I结构的杂环化合物和式II结构的磷酸环酐。在式I中，X选自S、O、NH中的一种，R1、R2各自独立地选自H、1～10个碳原子的饱和烷基、1～10个碳原子的不饱和烷基中的任意一种或R1、R2互相连接成环，饱和烷基和不饱和烷基上的H可被卤素、硝基、氰基、羧基、磺酸基部分取代或全部取代。在式II中，R3、R4、R5各自独立地选自H、1～20个碳原子的饱和烷基、1～20个碳原子的不饱和烷基或6～18个碳原子且含有至少一个苯环的基团。所述非水电解液能在不影响锂离子电池存储性能和循环性能的同时提高锂离子电池的倍率充电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池制造
，具体涉及一种非水电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为电子产品的工作电源，具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高等特点，正逐步取代传统的Ni-Cd电池和MH-Ni电池。然而随着电子产品市场需求的扩大及动力、储能设备的发展，人们对锂离子电池的能量密度的要求不断提高，开发具有高能量密度的锂离子电池成为当务之急。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，正极氧化活性变高，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的电化学性能恶化进而导致失效。杂环化合物作为一种正极成膜添加剂，可以在正极发生电聚合反应，形成导电性良好的钝化膜附着在正极上抑制电解液在正极上的氧化分解，提升锂离子电池的倍率充电性能。但是杂环化合物在发生电聚合反应的同时，会产生氢离子，多余的氢离子会与LiFP6和负极生成的SEI膜持续反应，进而影响锂离子电池的存储性能和循环性能。2014年5月7日公开的中国专利技术文献CN103779607A公开了环状磷酸酐可以在正极材料表面形成聚合物膜，增强正极界面稳定性，但是环状磷酸酐形成的钝化膜较厚，且其产物为磷酸酯类聚合物，而锂离子电池中微量的水会使磷酸酯类聚合物的分子链断裂。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种非水电解液及锂离子电池，所述非水电解液能在不影响锂离子电池存储性能和循环性能的同时提高锂离子电池的倍率充电性能。为了实现上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种非水电解液，其包括：锂盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述添加剂包括式I结构的杂环化合物和式II结构的磷酸环酐，在式I中，X选自S、O、NH中的一种，R1、R2各自独立地选自H、1～10个碳原子的饱和烷基、1～10个碳原子的不饱和烷基中的任意一种或R1、R2互相连接成环，饱和烷基和不饱和烷基上的H可被卤素、硝基、氰基、羧基、磺酸基部分取代或全部取代；在式II中，R3、R4、R5各自独立地选自H、1～20个碳原子的饱和烷基、1～20个碳原子的不饱和烷基或6～18个碳原子且含有至少一个苯环的基团。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于正负极片之间；以及非水电解液。其中，所述非水电解液为根据本专利技术第一方面所述的非水电解液。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：在本专利技术的非水电解液中同时加入式I结构的杂环化合物和式II结构的磷酸环酐，一方面，式I结构的杂环化合物可以先于式II结构的磷酸环酐在正极表面发生电聚合反应形成导电性良好的钝化膜，抑制非水电解液在正极上的氧化反应，改善锂离子电池的倍率充电性能，另一方面，式II结构的磷酸环酐还可以在负极表面形成SEI膜，且式II结构的磷酸环酐的氧原子的吸电子能力较强，因此式I结构的杂环化合物电聚合过程中产生的氢离子可以通过静电作用吸附在式II结构的磷酸环酐的氧原子上，从而防止氢离子跟锂盐以及负极表面生成的SEI膜的持续反应，改善锂离子电池的存储性能和循环性能。具体实施方式下面说明根据本专利技术的非水电解液及锂离子电池以及实施例、比较例及测试过程以及测试结果。首先说明根据本专利技术第一方面的非水电解液。根据本专利技术第一方面的非水电解液包括：锂盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述添加剂包括式I结构的杂环化合物和式II结构的磷酸环酐，在式I中，X选自S、O、NH中的一种，R1、R2各自独立地选自H、1～10个碳原子的饱和烷基、1～10个碳原子的不饱和烷基中的任意一种或R1、R2互相连接成环，饱和烷基和不饱和烷基上的H可被卤素、硝基、氰基、羧基、磺酸基部分取代或全部取代；在式II中，R3、R4、R5各自独立地选自H、1～20个碳原子的饱和烷基、1～20个碳原子的不饱和烷基或6～18个碳原子且含有至少一个苯环的基团。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，式I结构的杂环化合物和式II结构的磷酸环酐结合使用，可以克服各自的缺点，一方面，式I结构的杂环化合物的成膜电位比式II结构的磷酸环酐低，因此先于式II结构的磷酸环酐在正极表面发生电聚合反应形成导电性良好的钝化膜，抑制非水电解液在正极上的氧化反应，改善锂离子电池的倍率充电性能，另一方面，式II结构的磷酸环酐还可以在负极表面形成SEI膜，且式II结构的磷酸环酐的氧原子吸电子能力较强，因此式I结构的杂环化合物电聚合过程中产生的氢离子可以通过静电作用吸附在式II结构的磷酸环酐的氧原子上，从而防止氢离子跟锂盐以及负极表面生成的SEI膜的持续反应，改善锂离子电池的存储性能和循环性能。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述式II结构的磷酸环酐在非水电解液中的重量百分含量可不低于所述式I结构的杂环化合物在非水电解液中的重量百分含量。否则没有式II结构的磷酸环酐吸附式I结构的杂环化合物产生的氢离子，过多的氢离子会对锂离子电池的性能产生不利影响。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述式I结构的杂环化合物在非水电解液中的重量百分含量可为0.01％～3％。式I结构的杂环化合物的含量太低(低于0.01％)，不能在正极形成完整的钝化膜，起不到保护正极的效果；式I结构的杂环化合物的含量太高(高于3％)，会在正极表面形成较厚的钝化膜，导致锂离子迁移阻力增大，不利于锂离子电池的倍率充电性能。优选地，所述式I结构的杂环化合物在非水电解液中的重量百分含量可为0.1％～2％。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述式II结构的磷酸环酐在非水电解液中的重量百分含量可为0.01％～3％。当式II结构的磷酸环酐的含量太低(低于0.01％)时，容易出现式II结构的磷酸环酐的含量低于式I结构的杂环化合物的含量情形，导致没有式II结构的磷酸环酐吸附式I结构的杂环化合物产生的氢离子，过多的氢离子会对锂离子电池的性能产生不利影响；当式II结构的磷酸环酐的含量太高(高于3％)时，会在负极表面形成较厚的SEI膜，导致负极阻抗增大，锂离子电池的性能出现下降。优选地，所述式II结构的磷酸环酐在非水电解液中的重量百分含量可为0.1％～2％。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述式I结构的杂环化合物可选自2-甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b][1,4]二氧六环、3,4-乙烯二氧噻吩以及2-甲基-2,3-二氢呋喃并[3,4-b][1,4]二氧六环中的至少一种。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，在式II中，R3、R4、R5可相同。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述式II结构的磷酸环酐可选自三苯基磷酸环酐、三丙基磷酸环酐、三乙基磷酸环酐以及三甲基磷酸环酐中的至少一种。在根据本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述锂盐可选自LiPF6、LiTFSI、LiClO4、LiAsF6、LiBOB、LiDFOB、LiTFOP、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)(RF＝CnF2n+1，n为1～10内的自然数)中的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解液，包括：锂盐、非水有机溶剂以及添加剂；其特征在于，所述添加剂包括式I结构的杂环化合物和式II结构的磷酸环酐，在式I中，X选自S、O、NH中的一种，R1、R2各自独立地选自H、1～10个碳原子的饱和烷基、1～10个碳原子的不饱和烷基中的任意一种或R1、R2互相连接成环，饱和烷基和不饱和烷基上的H可被卤素、硝基、氰基、羧基、磺酸基部分取代或全部取代；在式II中，R3、R4、R5各自独立地选自H、1～20个碳原子的饱和烷基、1～20个碳原子的不饱和烷基或6～18个碳原子且含有至少一个苯环的基团。

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包括：锂盐、非水有机溶剂以及添加剂；其特征在于，所述添加剂包括式I结构的杂环化合物和式II结构的磷酸环酐，在式I中，X选自S、O、NH中的一种，R1、R2各自独立地选自H、1～10个碳原子的饱和烷基、1～10个碳原子的不饱和烷基中的任意一种或R1、R2互相连接成环，饱和烷基和不饱和烷基上的H可被卤素、硝基、氰基、羧基、磺酸基部分取代或全部取代；在式II中，R3、R4、R5各自独立地选自H、1～20个碳原子的饱和烷基、1～20个碳原子的不饱和烷基或6～18个碳原子且含有至少一个苯环的基团。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述式II结构的磷酸环酐在非水电解液中的重量百分含量不低于所述式I结构的杂环化合物在非水电解液中的重量百分含量。3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述式I结构的杂环化合物在非水电解液中的重量百分含量为0.01％～3％，优选为0.1％～2％。4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述式II结构的磷酸环酐在非水电解液中的重量百分含量为0.01％～3％，优选为0.1％～2％。5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述式I结构的杂环化合物选自2-甲基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b][1,4]二氧六环、3,4-乙烯二氧噻吩
\t以及2-甲基-2,3-二氢呋喃并[3,...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙兵，陈培培，付成华，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35