一种用于锂离子电池的非水电解液及锂离子电池制造技术

本申请公开一种用于锂离子电池的非水电解液及锂离子电池。本申请的非水电解液包括组分A和组分B；所述组分A包括选自结构式1所示的氟代环状碳酸酯中至少一种，同时还包括结构式2所示的烷基取代环状碳酸酯中至少一种或/和结构式3所示的氟代羧酸酯中的至少一种；所述组分B包括结构式4所示的不饱和磷酸酯中的至少一种或/和结构式5所示的环状羧酸酐中的至少一种本申请提供的非水电解液通过组分A和组分B配合协同作用，既提高了负极钝化膜的热稳定性，同时又不会明显增加电池阻抗，产生了两者单独使用不具有的特殊效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的非水电解液及锂离子电池
本申请涉及锂离子电池电解液领域，特别是涉及一种用于锂离子电池的非水电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、无记忆效应和循环寿命长等优点，不仅在手机、笔记本电脑等数码产品领域得到了广泛的应用，而且也被认为是电动车、大型储能装置的最佳选择之一。目前智能手机、平板电脑等电子数码产品对电池的能量密度要求越来越高，使得商用锂离子电池难以满足要求。提高锂离子电池的充电电压是提高电池能量密度的最有效途径之一。目前锂离子电池电解液采用碳酸酯作为溶剂，当锂离子电池的充电电压大于4.2V，碳酸酯溶剂会在正极材料表面被氧化分解，产生气体和其它分解产物。一方面，产生的气体会导致电池鼓胀，给电池带来安全隐患，另一方面，其分解产物会明显增加电池的阻抗，从而降低电池的各个性能。因此，对于高电压锂离子电池，有必要开发比碳酸酯氧化电位更高的溶剂。据文献报道(ElectrochemistryCommunications44(2014)34–37)，氟代碳酸酯能够明显改善高电压锂离子电池的高温循环性能。但本申请人发现，氟代碳酸酯虽然可以改善高温循环性能，但电池高温储存产气严重，具有安全隐患。中国专利申请CN104704657A中公开了一种含氟取代的羧酸酯的电解液，能够改善高电压锂离子电池的高温循环性能。但本申请人发现，氟代羧酸酯与碳负极材料的兼容性能不好，在电池充电过程中，会在负极表面被还原分解产生大量的气体，这个电池带来极大的安全隐患，同时明显恶化电池的性能。中国专利201410534841.0公开了一种含叁键的磷酸酯化合物新型成膜添加剂，其不仅可以改善高温循环性能，还能明显改善储存性能。但本领域的科技工作者在研究中发现，含叁键的磷酸酯添加剂在电极界面所形成的钝化膜导电性较差，导致界面阻抗较大，明显劣化了低温性能，抑制了非水锂离子电池在低温条件下的应用。专利文献报道环状羧酸酐能够改善高温储存性能。但本专利技术者发现，环状羧酸酐在以碳酸酯为溶剂的电解液基础上，明显增加电池阻抗，降低电池低温放电性能及倍率性能。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种用于锂离子电池非水电解液及其应用。为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：本申请的一方面公开了一种用于锂离子电池的非水电解液，包括组分A和组分B；所述组分A包括选自结构式1所示的氟代环状碳酸酯中至少一种，同时还包括结构式2所示的烷基取代环状碳酸酯中至少一种或/和结构式3所示的氟代羧酸酯中的至少一种；所述组分B包括结构式4所示的不饱和磷酸酯中的至少一种或/和结构式5所示的环状羧酸酐中的至少一种；结构式1：其中，R1为氟元素或碳原子数为1-4的含氟烃基，R2、R3、R4分别独立选自氢元素、氟元素、碳原子数为1-4的烃基或碳原子数为1-4的含氟烃基；结构式2：其中R5为碳原子数为1-4的烃基，R6、R7、R8分别独立选自氢元素或碳原子数为1-4的烃基；结构式3：R9COOR10，其中，R9、R10分别独立的选自碳原子数为1-4的烃基或碳原子数为1-4的氟代烃基，且R9和R10中至少一个为所述氟代烃基；所述氟代烃基中至少含有两个氟原子；结构式4其中，R11为碳原子数为1-4的不饱和烃基，R12、R13分别独立的选自碳原子数为1-4的饱和烃基、碳原子数为1-4的不饱和烃基或碳原子数为1-4的卤代烃基；结构式5其中R14选自碳原子数为2-4的亚烷基、亚烯基、或碳原子数为2-4的含氟亚烷基、含氟亚烯基。需要说明的是，本申请的非水电解液，其关键在于，组分A和组分B配合使用，两者协同作用。组分A中的氟代碳酸酯和氟代羧酸酯由于耐氧化性比碳酸酯高，能够提高电解液的氧化分解电位。此外，氟代碳酸酯和氟代羧酸酯能够在负极表面形成钝化膜，抑制了电解液的分解反应。但是氟代碳酸酯溶剂在电池高温储存过程中，钝化膜的热稳定性不够理想，产生大量的气体，降低了电池的高温储存性能。氟代羧酸酯溶剂在电池首次充电过程中，在负极表面分解产生大量的气体，导致电极片之间的接触变差，从而降低电池的性能。组分B的不饱和磷酸酯或环状羧酸酐虽然能够在正负极表面形成钝化膜，但明显增加电池内阻，显著降低电池的低温性能。本申请将组分A和组分B同时使用时，由于组分A在正负极表面发生成膜反应时，组分B也会参与正负极成膜反应，使得正负极钝化层成分既包含组分A的分解产物也包含组分B的分解产物，改善了正负极界面情况。既提高了负极钝化膜的热稳定性，保证了电池高温性能，同时又不会明显增加电池阻抗，兼顾了电池的低温性能。本申请将组分A和组分B一起使用，两者协同作用，产生了两者单独使用不具有的特殊效果。上述电解液中，组分A含量占非水电解液总重量的10-90％，组分B含量占非水电解液总重量的0.1-3％。本专利技术中，结构式1所示的化合物为必含成分，其与结构式2或/和结构式3所示物质共同作为溶剂使用。即，根据本专利技术，组分A可为结构式1所示的化合物和结构式2所示化合物，或者结构式1所示的化合物和结构式3所示化合物，也可以采用结构式1所示的化合物、结构式2所示化合物和结构式3所示化合物共同作为组分A使用。优选的，结构式1所示化合物用量占非水电解液总重量的5％-80％。组分A中，当含有结构式2所示化合物时，优选的，结构式2所示化合物用量占非水电解液总重量的5％-80％，更优选为5-30％。当含有结构式3所示化合物时，优选的，结构式3所示化合物用量占非水电解液总重量的5％-80％，更优选为20-70％。本专利技术中，组分B为结构式4或/和结构式5所示化合物。组分B中，当含有结构式4所示化合物时，优选的，结构式4所示化合物用量占非水电解液总重量的0.1％-3％。当含有结构式5所示化合物时，优选的，结构式5所示化合物用量占非水电解液总重量的0.1％-3％。优选的，结构式1所示化合物为氟代环状碳酸酯，优选情况下，结构式1所示化合物选自下列结构式一种或多种，优选的，结构式2所示化合物为烷基取代环状碳酸酯，优选情况下，结构2所示化合物选自下列结构式一种或多种，优选的，所述结构式3中，碳原子数为1-5的烃基选自甲基、乙基、丙基、丁基；所述氟代烃基选自氟代甲基、氟代乙基、氟代丙基、氟代丁基。优选的，结构式3所示的氟代羧酸酯化合物选自H3CCOOCH2CF2H(3-1，缩写为DFEA)、H3CH2CCOOCH2CF2H(3-2，缩写为DFEP)、HF2CH2CCOOCH3(3-3，缩写为MDFP)、HF2CH2CCOOCH2CH3(3-4，缩写为EDFP)、HF2CH2CH2CCOOCH2CH3(3-5，缩写为EDFB)、H3CCOOCH2CH2CF2H(3-6，缩写为DFPA)、H3CH2CCOOCH2CH2CF2H(3-7，缩写为DFPP)、CH3COOCH2CF3(3-8，缩写为TFEA)、HCOOCH2CHF2(3-9，缩写为DFEF)、HCOOCH2CF3、CH3COOCH2CF2CF2H(3-10，缩写为TFPA)中的一种或多种。优选的，结构式4中碳原子数为1-4的饱和烃基包括但不仅限于甲基、乙基、丙基；碳原子数为1-4的不饱和烃基包括但不仅限于乙烯基、烯丙基、3-丁烯基、异丁烯基、乙炔基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂离子电池的非水电解液，包括组分A和组分B；其特征在于，所述组分A包括选自结构式1所示的氟代环状碳酸酯中至少一种，同时还包括结构式2所示的烷基取代环状碳酸酯中至少一种或/和结构式3所示的氟代羧酸酯中的至少一种；所述组分B包括结构式4所示的不饱和磷酸酯中的至少一种或/和结构式5所示的环状羧酸酐中的至少一种；结构式1：

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的非水电解液，包括组分A和组分B；其特征在于，所述组分A包括选自结构式1所示的氟代环状碳酸酯中至少一种，同时还包括结构式2所示的烷基取代环状碳酸酯中至少一种或/和结构式3所示的氟代羧酸酯中的至少一种；所述组分B包括结构式4所示的不饱和磷酸酯中的至少一种或/和结构式5所示的环状羧酸酐中的至少一种；结构式1：其中，R1为氟元素或碳原子数为1-4的含氟烃基，R2、R3、R4分别独立选自氢元素、氟元素、碳原子数为1-4的烃基或碳原子数为1-4的含氟烃基；结构式2：其中R5为碳原子数为1-4的烃基，R6、R7、R8分别独立选自氢元素或碳原子数为1-4的烃基；结构式3：R9COOR10，其中，R9、R10分别独立的选自碳原子数为1-4的烃基或碳原子数为1-4的氟代烃基，且R9和R10中至少一个为所述氟代烃基；所述氟代烃基中至少含有两个氟原子；结构式4其中，R11为碳原子数为1-4的不饱和烃基，R12、R13分别独立的选自碳原子数为1-4的饱和烃基、碳原子数为1-4的不饱和烃基或碳原子数为1-4的氟代烃基；结构式5其中R14选自碳原子数为2-4的亚烷基、亚烯基、或碳原子数为2-4的含氟亚烷基、含氟亚烯基。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，组分A含量占非水电解液总重量的10-90％，组分B含量占非水电解液总重量的0.1-3％。3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示化合物用量占非水电解液总重量的5％-80％，结构式2所示化合物用量占非水电解液总重量的5％-80％，结构式3所示化合物用量占非水电解液总重量的5％-80％，结构式4所示化合物用量占非水电解液总重量的0.1％-3％，结构式5所示化合物用量占非水电解液总重量的0.1％-3％。4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示的氟代环状碳酸酯选自式1-1、式1-2、式1-3、式1-4所示物质中的一种或多种：5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述结构式2所示的烷基取代环状碳酸酯选自式2-1、式2-2、式2-3所示物质中的一种或多种：6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述结构式3中，碳原子数为1-5的烃基选自甲基、乙基、丙基、丁基；所述氟代烃基选自氟代甲基、氟代乙基、氟代丙基、氟代丁基。7.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述结构式3所示的氟代羧酸酯选自H3CCOOCH2CF2H、H3CH2CCOOCH2CF2H、HF2CH2CCOOCH3、HF2CH2CCOOCH2CH3、HF2CH2CH2CCOOCH2CH3、H3CCOOCH2CH2CF2H、H3CH2CCOOCH2CH2CF2H、CH3COOCH2CF3、HCOOCH2CHF2、HCOOCH2CF3、CH3COOCH2CF2CF2H中的至少一种。8.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：石桥，胡时光，林雄贵，贠娇娇，
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