一种非水电解液和一种锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种非水电解液，包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自非碳酸酯溶剂。本发明专利技术提供的非水电解液具有较好的抗亲核攻击能力，高活性的自由基离子O2.‑较难与这些溶剂发生亲核反应，从而有效抑制了材料中Li2O流失，稳定了富锂正极材料的结构，有效缓解了材料电压滞后现象的发生。同时本发明专利技术提供的非水电解液具有抗氧化性好且不燃的特性，因此本发明专利技术提供的非水电解液制备的富锂电池具有较好的循环性能和较高的安全性。

Non aqueous electrolyte and lithium ion battery

The invention provides a non-aqueous electrolyte, comprising an organic solvent and a lithium salt. Non water electrolyte provided by the invention has good anti nucleophilic attack capability, high activity free radical ion O2. difficult with these solvent nucleophilic reaction, which can effectively inhibit the loss of Li2O material, the stability of the structure of Li rich cathode material, effectively alleviate the occurrence of the hysteresis of the piezoelectric material. At the same time, the non-aqueous electrolyte provided by the invention has the advantages of good oxidation resistance and no burning, therefore, the lithium rich battery prepared by the non-aqueous electrolyte has better cycle performance and high safety.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种非水电解液和一种锂离子电池。
技术介绍
当前，开发具有更高能量密度的锂离子电池已成为发展新能源汽车和储能技术的关键。而高能量密度锂离子电池受限于正极材料的比容量。因此，开发高容量正极材料已迫在眉睫。富锂xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(M＝Co、Ni、Mn)具有高比容量(高达300mAhg-1)、高安全性和低成本等特点已成为现阶段锂离子电池正极材料研究的热点。然而，富锂正极存在的最主要问题是电压滞后，即从充放电曲线上表现为放电平均电压随着循环次数的增加不断下降。在实际的应用过程中，材料的电压滞后会导致电池的输出功率降低，并严重影响电池管理系统对电池充放电状态的预测。存在电压滞后这一现象的原因普遍认为是：富锂正极在首周充电活化过程中产生的O2在高电位下易得到电子，生成自由基离子O2.-，该自由基离子会迅速地与碳酸酯溶剂发生亲核反应，反应产物有机羧酸锂和碳酸锂会沉积在电极表面，使电极表面电阻不断增加，造成电极材料中Li2O的流失，引起材料中化学组分变化和相转变，表现为电池电压滞后的发生。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种非水电解液和一种锂离子电池，本专利技术提供的非水电解液可以防止电池电压滞后的现象发生。本专利技术提供了一种非水电解液，包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自非碳酸酯溶剂。优选的，所述非碳酸酯溶剂选自含磷化合物、醚类化合物、离子液体、砜类化合物和腈类化合物中的一种或者几种。优选的，所述含磷化合物选自具有式I所示结构的磷酸酯、式II所示结构的亚磷酸酯、式III所示结构的链状磷腈化合物和式IV所示结构的环三磷腈化合物中的一种或几种，式I、II、III中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8独立的选自碳原子数为1～12的烷基、碳原子数为1～12的含氟烷基、芳香基或含氟芳香基，其中，式III中n为1～10的整数；式IV中，R9、R10、R11、R12、R13和R14独立的选自氢原子、卤素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟烷氧基、芳香基或含氟芳香基。优选的，所述醚类化合物选自具有式V所示结构的化合物中的一种或几种，式V中，m为0～10的整数；R15和R16独立的选自苯基、卤素、C1～C12的直链或支链烷基、C1～C12的直链或支链含氟烷基。优选的，所述砜类化合物选自具有式VI所示结构的链状砜和式VII所示结构的环状砜中的一种或几种，式VII中，p独立选自1、2、3的整数；R17、R18和R19独立的选自苯基、卤素、C1～C12的直链或支链烷基、C1～C12的直链或支链含氟烷基。优选的，所述腈类化合物选自具有式VIII所示结构的单腈化合物和式IX所示结构的二腈化合物中的一种或几种，式IX中，q独立选自1～6的整数；R20独立的选自苯基、卤素、C1～C12的直链或支链烷基、C1～C12的直链或支链含氟烷基。优选的，所述离子液体中的阳离子选自含氮的阳离子，所述离子液体中阴离子选自四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、高氯酸阴离子、三氟甲基磺酰亚胺阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、三氟甲基磺酰酸阴离子、双氟磺酰亚胺阴离子中的一种。优选的，所述含氮的阳离子选自式X所示化合物、式XI所示化合物和式XII所示化合物中的一种或多种；其中，R21、R22、R23、R24、R25和R26独立的选自氢原子、卤素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟烷氧基、芳香基或含氟芳香基。优选的，所述锂盐的浓度为0.1mol/L～3mol/L。优选的，还包括添加剂，所述添加剂在所述非水电解液中的质量百分数为0.005％～10％。优选的，所述添加剂选自第一添加剂和/或第二添加剂；所述第一添加剂选自亚硝酸锂、硝酸锂、氯化锂、氟化锂、溴化锂、碘化锂、磷酸锂、一氟磷酸锂、二氟磷酸锂、三氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三草酸磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂和四氟草酸磷酸锂的一种或几种。所述第二添加剂选自含氟碳酸酯、不饱和碳酸酯、磺酸内酯、含氟羧酸酯、含氟醚中的一种或几种；所述含氟碳酸酯选自式XIII所示结构的含氟环状碳酸酯或式XIV所示结构的含氟链状碳酸酯中的一种或几种；其中，R27、R28、R29和R30独立的选自氢、氟、C1～C6的直链或支链烷基、C1～C6的直链或支链含氟烷基，且R27和R28其中之一为含氟基团，R29和R30其中之一为含氟基团；所述不饱和碳酸酯选自含双键的不饱和碳酸酯；所述磺酸内酯选自式XV所示结构的环状磺酸内酯；其中，r为1～3的整数，R31独立的选自氢、氟、C1～C6的直链或支链烷基、C1～C6的直链或支链含氟烷基；所述含氟羧酸酯选自式XVI所示结构中的一种或几种；其中，R32和R33独立的选自C1～C6的直链或支链烷基、C1～C6的直链或支链含氟烷基，且R32和R33其中之一为含氟基团。所述含氟醚选自式XVII所示结构中一种或几种；其中，R34和R35独立的选自C1～C6的直链或支链烷基、C1～C6的直链或支链含氟烷基，且R34和R35其中之一为含氟基团。优选的，所述第一添加剂和第二添加剂的质量比为1:20～20:1。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极、隔膜、负极、电解液和电池外壳，所述电解液为上述非水电解液。与现有技术相比，本专利技术提供了一种非水电解液，包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自非碳酸酯溶剂。本专利技术提供的非水电解液具有较好的抗亲核攻击能力，高活性的自由基离子O2.-较难与这些溶剂发生亲核反应，从而有效抑制了材料中Li2O流失，稳定了富锂正极材料的结构，有效缓解了材料电压滞后现象的发生。同时本专利技术提供的非水电解液具有抗氧化性好且不燃的特性，因此本专利技术提供的非水电解液制备的富锂电池具有较好的循环性能和较高的安全性。结果表明，本专利技术提供的非水电解液制备的富锂锂离子电池在25℃充放电循环100周，电池的容量保持率为88.9％～94.1％，电压滞后仅为0.05～0.20V，而在现有碳酸酯电解液中电池的容量保持率为71.2％～88.7％，电压滞后为0.3～0.6V。本专利技术提供的非水电解液制备的富锂锂离子电池具有较好的循环性能。附图说明图1为本专利技术实施例2、对比例1和对比例2得到的富锂锂离子电池的放电平均电压-循环次数比较图。具体实施方式本专利技术提供了一种非水电解液，包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自非碳酸酯溶剂。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解液，其特征在于，包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自非碳酸酯溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，其特征在于，包括有机溶剂和锂盐，所述有机溶剂选自非碳酸酯溶
剂。
2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非碳酸酯溶剂选自含磷化合
物、醚类化合物、离子液体、砜类化合物和腈类化合物中的一种或者几种。
3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述含磷化合物选自具有式I所示
结构的磷酸酯、式II所示结构的亚磷酸酯、式III所示结构的链状磷腈化合物和式IV所示结
构的环三磷腈化合物中的一种或几种，
式I、II、III中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8独立的选自碳原子数为1～12的烷基、碳原子
数为1～12的含氟烷基、芳香基或含氟芳香基，其中，式III中n为1～10的整数；
式IV中，R9、R10、R11、R12、R13和R14独立的选自氢原子、卤素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟
烷氧基、芳香基或含氟芳香基。
4.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述醚类化合物选自具有式V所示
结构的化合物中的一种或几种，
式V中，m为0～10的整数；
R15和R16独立的选自苯基、卤素、C1～C12的直链或支链烷基、C1～C12的直链或支链含氟
烷基。
5.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述砜类化合物选自具有式VI所示
结构的链状砜和式VII所示结构的环状砜中的一种或几种，
式VII中，p独立选自1、2、3的整数；
R17、R18和R19独立的选自苯基、卤素、C1～C12的直链或支链烷基、C1～C12的直链或支链
含氟烷基。
6.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述腈类化合物选自具有式VIII所
示结构的单腈化合物和式IX所示结构的二腈化合物中的一种或几种，
式IX中，q独立选自1～6的整数；
R20独立的选自苯基、卤素、C1～C12的直链或支链烷基、C1～C12的直链或支链含氟烷
基。
7.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述离子液体中的阳离子选自含氮
的阳离子，所述离子液体中阴离子选自四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、高氯酸阴离子、
三氟甲基磺酰亚胺阴离子、二(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子、三氟甲基磺酰酸阴离子、双氟磺
酰亚胺阴离子中的一种。
8.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于，所述含氮的阳离子选自式X所示化
合物、式XI所示化合物和式XII所示化合物中的一种或多种；
其中，R21、R22、R23、R24、R25和R26独立的选自氢原子、卤素、烷基、含氟烷基、烷氧基、含氟
烷氧基、芳香基或含氟芳香基。
9.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述锂盐的浓度为0.1mol/L～
3mol/L。
10.根据权利要求1所述的非水电解液...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏兰，夏永高，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33