一种非水电解液及高镍三元正极材料电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂A；所述添加剂A包括烷基胺类化合物、硅氮类化合物和硅氧烷类化合物中的一种或多种。本发明专利技术从电解液的改善方面入手，提出了含有烷基胺类、含Si‑N键类化合物(硅氮类化合物)和硅氧烷类化合物中至少一种的非水电解液，本发明专利技术提供的非水电解液具有极低的游离酸含量，将其应用于以高镍三元正极材料的锂离子电池中，能够有效的提高锂离子电池的循环性能、高温循环性能及高温存储性能。

Non aqueous electrolyte and high nickel three element cathode material battery

The present invention provides an electrolyte comprising lithium salts, organic solvents and additives A; the additive A includes one or more of alkyl amines, silicon nitrogen compounds and siloxane compounds. The present invention from the aspects of the proposed improved electrolyte, containing alkyl amine containing Si, N key compounds (silicon nitrogen compounds) non water electrolyte and at least one siloxane compound, nonaqueous electrolyte provided by the invention has the free acid content is extremely low, its application in lithium ion batteries three yuan high nickel anode material, cycle performance, high temperature performance and high temperature storage cycle can improve the performance of lithium ion battery effectively.

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液及高镍三元正极材料电池
本专利技术涉及锂离子电池
，涉及一种电解液及锂离子电池，尤其涉及一种非水电解液及高镍三元正极材料电池。
技术介绍
作为电动汽车的“引擎”部件，锂离子动力电池的比能量大小是决定纯电驱动电动车的一次充电续航里程长短的关键因素，直接影响了电动汽车的技术发展和普及推广。当前锂离子动力电池的比能量很大程度上取决于正极材料的比能量。通过增加正极的放电比容量是提高电池比能量的有效途径之一。在诸多正极材料中，高镍三元锂离子电池正极材料主要包括镍钴锰酸锂LiNi1-x-yCoxMnyO2(NCM)(0<x<1,0<y<1)和镍钴铝酸锂LiNi1-x-yCoxAlyO2(NCA)(0<x<1,0<y<1)，因具有比容量高、成本较低廉和安全性优良等优势而被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料，已成为众多动力电池企业的主要发展方向。但是随着Ni含量的增加高镍三元材料的放电比容量由160mAhg-1增加到220mAhg-1以上，但其容量保持率、热稳定性及高温存储性能都有所降低，极大地限制了其产业化开发应用。研究发现，造成高镍三元材料这些问题的原因复杂，主要分为材料本身和界面两大问题。材料本身的问题有：一是循环过程中的Ni/Li混排，产生相变反应,进而诱发应力应变效应，造成材料循环过程中容量衰减；二是高脱锂状态下Ni4+倾向于还原生成Ni3+，材料中会释放出氧气，而使材料的热稳定性变差。另一方面，界面问题是指电极/电解液界面在实际电化学环境中存在不稳定性，极易受电解液中游离酸腐蚀作用，从而导致电池容量保持率低、高温性能差等问题。对于高镍三元材料(Ni含量≥0.6)，即使是在空气中，其材料表面很容易与空气中的CO2和H2O发生反应，在材料表面生成Li2CO3和LiOH，Li2CO3会导致高温存储时产生严重的气胀现象，LiOH与电解液中的LiPF6反应产生HF，进而直接影响到材料循环过程中的容量保持率。当然对于其他正极材料电池，也或多或少存在上述问题。为了改善锂离子电池正极材料，特别是高镍三元正极材料的循环性能和热稳定性，现有研究通常从材料改性离子掺杂、材料表面包覆和开发电解液添加剂三个方面着手，开展了大量探索性的研究工作。通过在三元材料晶格中掺杂Mg和F等元素；通过在材料表面包覆一些厚度合适的金属氧化物(如Al2O3、ZnO等)、氟化物(如AlF3等)或者某些磷酸盐，物理隔离活性物质与电解液之间的直接接触，减少副反应的发生等等。但依然存在不完善的地方。近些年来，开发适用于高镍三元材料的电解液也成为一个重要的研究方向。但是到目前为止，关于该类材料电解液的研究方向主要是对常规的LiPF6基碳酸酯类电解液进行改进，但是，这些措施对高镍三元正极材料循环性能的改善作用非常有限，循环稳定性仍然不理想。因此，如何提高锂离子电池的电化学性能，特别是高镍三元材料锂离子电池的电化学性能，已成为本领域前沿学科亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电解液及锂离子电池，特别是一种非水电解液及高镍三元正极材料电池，采用本专利技术提供的电解液的锂离子电池，可以有效的提高循环性能、高温循环性能及高温存储性能等。本专利技术提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂A；所述添加剂A包括烷基胺类化合物、硅氮类化合物和硅氧烷类化合物中的一种或多种。优选的，所述添加剂A在所述电解液中的体积百分比为0.05％～10％；所述锂盐在所述电解液中的摩尔浓度为0.1～20mol/L。优选的，所述烷基胺类化合物选自具有式I结构所示的烷基胺类化合物中的一种或多种，其中，R1、R2和R3独立的选自C1～C6的直链烷基或支链烷基。优选的，所述硅氮类化合物选自具有式II结构所示的二硅胺类化合物中的一种或多种，和/或，具有式III结构所示的硅烷咪唑类化合物中的一种或多种，其中，R4、R5、R6、R8、R9和R10独立的选自氢原子、卤素、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基，R7独立的选自氢原子、卤素、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基、碱金属原子；其中，R11、R12和R13独立的选自氢原子、卤素、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基。优选的，所述硅氧烷类化合物选自具有式IV结构所示的线性硅氧烷类化合物中的一种或多种，和/或，具有式V结构所示的环状硅氧烷类化合物中的一种或多种，其中，R14、R15、R16和R17独立的选自C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基；其中，R18、R19、R20、R21、R22和R23独立的选自C1～C6的直链烷基或支链烷基；n为1～6的整数。优选的，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、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、四氟草酸磷酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种；所述有机溶剂包括无氟或氟取代的碳酸酯类溶剂、无氟或氟取代的醚类溶剂、无氟或氟取代的羧酸酯类溶剂、无氟或氟取代的磷酸酯类溶剂和离子液体类溶剂中的一种或多种中的一种或多种。优选的，所述电解液还包括添加剂B；所述添加剂B包括Li2CO3、CaCO3、Al2O3、ZnO、MgO、BaO、AlF3、MgF2、AlOF、LiPF6、LiBF4和LiBOB中一种或多种；所述添加剂B占所述电解液的质量百分数为0.005％～10％。优选的，所述电解液还包括添加剂C；所述添加剂C包括硫酸亚丙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、1-丙基磷酸环酐、三(三甲基硅)磷酸酯、三甲基磷酸酯、三(1,1,1,3,3,3-六氟异丙基)磷酸酯、氟代碳酸乙烯酯、苯甲醚、碳酸亚乙烯酯、抑酸乙烯酯、丙烯氰、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、丁二腈、1,3-丙烯基-磺酸内酯、二乙烯基砜、二草酸硼酸锂和二氟(草酸)硼酸锂中的一种或多种；所述添加剂C占所述电解液的质量百分数为0.005％～10％。本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极和电解液；所述电解液为上述技术方案任意一项所述的电解液。优选的，所述正极中包括高镍三元正极材料。本专利技术提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂A；所述添加剂A包括烷基胺类化合物、硅氮类化合物和硅氧烷类化合物中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术针对现有的锂离子电池正极材料存在的缺陷，特别是高镍三元正极材料的循环性能和热稳定性方面的问题，从电解液的改善方面入手，尤其是针对常规的LiPF6基碳酸酯类电解液中加入少量功能性添加剂，通过添加剂分子在电池的首周充电过程中发生氧化分解，在正极材料表面参与形成稳定的正极界面膜，降低活性材料与电解液的反应，来改善材料的电化学性能等方面，在改善循环稳定性方面的不足、改善效果有限的问题。本专利技术创造性的提出了含有烷基胺类、含Si-N键类化合物(硅氮类化合物)和硅氧烷类化合物中至少一种的非水电解液，本专利技术提供的非水电解液具有极低的游离酸含量，将其应用于以高镍三元正极材料的锂离子电池中，能够有效的提高锂离子电池的循环性能、高温循环性能及高温存储性能。实验结果表明，采用本专利技术提供的电解液制备的锂离子电池具有较好的常温、高温循环稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和添加剂A；所述添加剂A包括烷基胺类化合物、硅氮类化合物和硅氧烷类化合物中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和添加剂A；所述添加剂A包括烷基胺类化合物、硅氮类化合物和硅氧烷类化合物中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂A在所述电解液中的体积百分比为0.05％～10％；所述锂盐在所述电解液中的摩尔浓度为0.1～20mol/L。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述烷基胺类化合物选自具有式I结构所示的烷基胺类化合物中的一种或多种，其中，R1、R2和R3独立的选自C1～C6的直链烷基或支链烷基。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述硅氮类化合物选自具有式II结构所示的二硅胺类化合物中的一种或多种，和/或，具有式III结构所示的硅烷咪唑类化合物中的一种或多种，其中，R4、R5、R6、R8、R9和R10独立的选自氢原子、卤素、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基，R7独立的选自氢原子、卤素、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基、碱金属原子；其中，R11、R12和R13独立的选自氢原子、卤素、C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述硅氧烷类化合物选自具有式IV结构所示的线性硅氧烷类化合物中的一种或多种，和/或，具有式V结构所示的环状硅氧烷类化合物中的一种或多种，其中，R14、R15、R16和R17独立的选自C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C6～C20的芳香基；其中，R18、R19、R20、R21、R22和R23独立的选自C1～C6的直链烷基或支链烷基；n为...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏兰，陈政，余林颇，胡笛，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33