一种锂离子电池用高电压电解液以及使用该电解液的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用高电压电解液以及使用该电解液的锂离子电池。该锂离子电池用高电压电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；其中，有机溶剂包含链状碳酸酯类、环状碳酸酯类、羧酸酯类、硅代有机溶剂中的一种或多种，添加剂包含多腈基化合物，锂离子电池的制备方法包括将本发明专利技术的锂离子电池用高电压电解液注入到经过充分干燥的4.45V的钴酸锂/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口工序。本发明专利技术的锂离子电池用高电压电解液能够有效抑制金属溶出、减少电解液分解产气、保护正极，提高电池的高温循环性能和高温存储性能，同时能够降低阻抗的增加，改善锂离子电池的低温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用高电压电解液以及使用该电解液的锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，具体是涉及一种锂离子电池用高电压电解液以及使用该电解液的锂离子电池。
技术介绍
近几年，锂离子电池的发展受到广泛关注，其在手机数码、电动汽车、电动自行车、电动工具、储能等领域发展迅猛。由于人们对续航能力要求的提高，高能量密度的电池成为研究的热点。一方面，本身具有高能量密度的电极材料，如高镍材料、富锂锰基、硅碳负极等电极材料吸引了大量的目光；另一方面，高电压锂离子电池也是目前研究的主要趋势，给电池材料提出了新的挑战。在高电压条件下，高氧化态的金属离子容易在电场作用下迁移到负极，在负极得到电子变成金属析出，造成正极材料不可逆的损失，损耗了电池容量，降低电池循环寿命。而在高电压条件下，正极表面的活性位点具有很高的氧化性，使得传统的碳酸酯类电解液材料被氧化分解产气，最终形成安全隐患。SK新技术株式会社在专利WO2015088052中提到，利用多腈基化合物的腈基与高价金属离子进行络合，可以有效降低金属离子的溶出，抑制电解液在正极表面的氧化分解；专利CN201110157665中也采用多腈基化合物改善锂离子电池的高温存储和循环性能。为了提高多腈基化合物对金属离子的络合能力和对正极的保护效果，CN101512822通过在多腈基化合物中引入双键来增加其在正极的成膜效果，WO2015088052通过引入腈基的量来提升添加剂对金属离子的络合能力。然而，这种方法在提升正极保护能力的同时，会增大正极阻抗，使得电池循环性能突然降低，循环和低温效果变差。
技术实现思路
硅代有机溶剂作为一种新型的锂离子电池电解液溶剂具有很大的发展前景。本专利技术发现硅代溶剂具有更高的抗氧化能力和化学稳定性，提高了锂电池的高温性能，适用于高电压的锂电池体系；并且由于硅代后键的内旋转势垒的降低和柔顺性的增加，使得原有溶剂的粘度降低，提高锂离子在溶剂中的穿梭能力，能够较大程度上提高锂电池的低温性能和倍率性能。利用硅代溶剂与多腈基化合物相配合，配制锂离子电池高电压电解液，能够在保护正极的同时，降低阻抗的增加，能够在保证低温性能的前提下，显著改善锂离子电池的高温循环性能和高温存储性能。因此，在高电压锂离子电池中，为了既保证低温性能，又提高锂离子电池的高温循环性能和高温存储性能，本专利技术提供了一种锂离子电池用高电压电解液，该锂离子电池用高电压电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；其中，有机溶剂包含链状碳酸酯类、环状碳酸酯类、羧酸酯类、硅代有机溶剂中的一种或多种，添加剂包含多腈基化合物。进一步的，所述硅代有机溶剂如式(I)或式(II)所示：其中，在式(I)中，M1和M2分别表示含1-6个碳原子的烷基或含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷，且M1和M2中至少有一个为含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷；在式(II)中，X1和X2分别表示含1-6个碳原子的烷基或含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷，且X1和X2中至少有一个为含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷。优选的，式(I)或式(II)所示硅代有机溶剂占有机溶剂质量的2-50％。更进一步的，根据本专利技术一实施例，式(I)所示化合物包括但不限于以下化合物：更进一步的，根据本专利技术一实施例，式(II)所示化合物包括但不限于以下化合物：进一步的，所述多腈基化合物如式(III)所示：其中，Y表示含2-10个碳原子的不饱和烷烃或含1-12个碳原子的含氧烷基；虚线表示式中所示的链段可能存在，也可能不存在，且式(III)所示的多腈基化合物呈对称结构。优选的，式(III)所示化合物占电解液质量的0.5-15％。更进一步的，根据本专利技术一实施例，式(III)所示化合物包括但不限于以下化合物：进一步的，所述锂盐可以选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiODFB、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2中的一种或多种。更进一步的，按锂离子计，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5-2M，例如1-1.5M。进一步的，所述环状碳酸酯可以选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种。进一步的，所述羧酸酯可以选自乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、乙酸甲酯(MA)、乙酸丙酯(PE)、丙酸甲酯(MP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)中的一种或多种。进一步的，所述链状碳酸酯可以选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)中的一种或多种。进一步的，所述添加剂可以选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3丙烷磺内酯(PS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、硫酸乙烯酯(DTD)中的一种或多种，优选的，所述添加剂在电解液中的质量百分比为0.1-15％。本专利技术还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包含本专利技术的锂离子电池用高电压电解液。优选的，所述锂离子电池的制备方法包括将本专利技术的锂离子电池用高电压电解液注入到经过充分干燥的4.45V的钴酸锂/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口工序。本专利技术的锂离子电池用高电压电解液能够有效抑制金属溶出、减少电解液分解产气、保护正极，提高电池的高温循环性能和高温存储性能，同时能够降低阻抗的增加，改善锂离子电池的低温性能。相比未使用本专利技术公开高电压电解液的传统锂离子二次电池，由于本专利技术电解液中的多腈基化合物能够在正极表明形成薄膜，覆盖正极的活性位点，通过腈基与金属离子的络合作用，抑制金属离子的溶出，达到保护正极的目的，防止正极与电解液反应产气；并且由于本专利技术中使用的新型硅代溶剂能够有效改善锂离子在电解液中的电导率，抑制了由于成膜造成的阻抗增加，有效改善了电池的循环性能和低温性能。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。单数形式包括复数讨论对象，除非上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用高电压电解液，其特征在于，该锂离子电池用高电压电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；其中，有机溶剂包含链状碳酸酯类、环状碳酸酯类、羧酸酯类、硅代有机溶剂中的一种或多种，添加剂包含多腈基化合物。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用高电压电解液，其特征在于，该锂离子电池用高电压电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；其中，有机溶剂包含链状碳酸酯类、环状碳酸酯类、羧酸酯类、硅代有机溶剂中的一种或多种，添加剂包含多腈基化合物。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用高电压电解液，其特征在于，所述硅代有机溶剂如式(I)或式(II)所示：其中，在式(I)中，M1和M2分别表示含1-6个碳原子的烷基或含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷，且M1和M2中至少有一个为含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷；在式(II)中，X1和X2分别表示含1-6个碳原子的烷基或含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷，且X1和X2中至少有一个为含1-4个硅原子的硅烷或硅氧烷；优选的，式(I)或式(II)所示硅代有机溶剂占有机溶剂质量的2-50％；优选的，式(I)所示化合物选自以下化合物：优选的，式(II)所示化合物选自以下化合物：3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池用高电压电解液，其特征在于，所述多腈基化合物如式(III)所示：其中，Y表示含2-10个碳原子的不饱和烷烃或含1-12个碳原子的含氧烷基；虚线表示式中所示的链段可能存在，也可能不存在，且式(III)所示的多腈基化合物呈对称结构；优选的，式(III)所示化合物占电解液质量的0.5-15％；优选的，式(III)所示化合物选自以下化合物：4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池用高电压电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiOD...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜建委，朱学全，郭力，
申请(专利权)人：杉杉新材料衢州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33