三元高镍电解液及包含该电解液的髙镍正极锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种三元高镍电解液及包含该电解液的髙镍正极锂离子电池，其特征在于：三元高镍电解液原料及其重量比如下：锂盐13~15%、非水有机溶剂80~85%、添加剂0.1~5%；其中，所述添加剂为硫酸亚乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、丁二睛、三（三甲基硅基）磷、双氟黄酰亚胺锂、二草酸硼酸锂；所述锂盐为六氟磷酸锂；所述非水有机溶剂为环状碳酸酯化合物、碳酸二甲酯、乙氧基五氟三聚磷睛；包含三元高镍电解液的髙镍正极锂离子电池，采用高镍三元正极粉料、导电剂、功能复合粘结剂、溶剂N‑甲基吡咯烷酮制备的正极浆料制得到的正极膜片，髙镍正极锂离子电池具有优良的常温循环性能、高温循环性能及高温存储寿命，且可以显著减少高温存储过程中的产气量。

Ternary high nickel electrolyte and lithium ion batteries containing the electrolyte

The present invention provides a ternary high nickel electrolyte and a lithium ion battery containing the electrolyte. Its characteristics are as follows: the raw material and weight of ternary high nickel electrolyte are as follows: lithium salt 13-15%, non-aqueous organic solvent 80-85%, additive 0.1-5%. The additive is vinyl sulfate, vinyl carbonate, butadiene, tri (trimethylsilyl) phosphorus and difluoroxanyl. Lithium imide and lithium dioxalate; the lithium salt is lithium hexafluorophosphate; the non-aqueous organic solvent is cyclic carbonate compound, dimethyl carbonate and ethoxy pentafluorotriphosphate; the nickel-containing cathode lithium-ion battery containing ternary high nickel electrolyte is prepared by using high nickel ternary cathode powder, conductive agent, functional composite binder and solvent N_methyl pyrrolidone as cathode paste. The obtained positive diaphragm and nickel cathode lithium ion battery have excellent room temperature cycle performance, high temperature cycle performance and high temperature storage life, and can significantly reduce gas production during high temperature storage.

【技术实现步骤摘要】
三元高镍电解液及包含该电解液的髙镍正极锂离子电池
本专利技术属于新型储能领域，涉及长循环三元材料体系电解液及锂离子电池制备技术，具体地涉及一种三元高镍电解液及包含该电解液的髙镍正极锂离子电池。
技术介绍
目前，电动汽车用动力锂离子电池市场前景广阔，高能量密度的三元动力电池日益受到各车厂及电池制造商的认可，需求量大；为保证长的续航能力，三元动力电池也不断向高镍方向发展，即使用的三元材料中Ni含量不断增加，常见的高镍三元有NCM811，NCA等。而实际上高镍三元材料电池生产商制造过程中极易出现浆料果冻粘稠的问题，这是由于该材料的制作工艺引起的。高镍三元在生产制造过程中因锂盐在高温煅烧过程中存在一定的挥发，在配料时会提高锂盐含量（一般选用LiOH做为锂源，过量0.5%~1%），当烧结完成后，最终有少量的锂盐残留在高镍材料表面；材料表面残碱一旦与空气接触，极易吸附空气中的CO2，H2O，形成碱性物质。正极浆料配置过程中，主料高镍三元表面的碱性物质会攻击正极胶液中粘结剂，导致粘结剂形双键，产生胶粘，最终引起浆料果冻，影响涂布过程并导致电芯性能恶化。在众多应用领域，人们对锂离子电池的续航能力提出了更高的要求，为了提高锂离子电池的能量密度，开发具有高比容量的锂离子电池正极材料是有效办法之一。高镍正极材料由于其理论上比容量相比于其他正极材料高的特点使得其成为研究热点。然而高镍正极材料中镍金属含量很高使得其具有很强的氧化性，导致电解液容易在正极表面发生电化学氧化反应，同时引起高镍正极材料结构的变化导致镍、钴等过渡金属发生还原反应而溶出，从而引起锂离子电池电化学性能的恶化。因此，开发一种与高镍正极材料相匹配的电解液非常关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是现有高镍三元材料电池生产过程中引起正极浆料果冻循环、高镍正极材料中强氧化性性引起的电芯性能恶化及电池电化学性能的恶化等系列问题，提供一种三元高镍电解液及包含该电解液的髙镍正极锂离子电池，包含三元高镍电解液的髙镍正极锂离子电池具有优良的常温循环性能、高温循环性能及高温存储寿命，且可以显著减少高温存储过程中的产气量。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种三元高镍电解液，其特征在于：包括原料及其重量比如下：锂盐13~15%、非水有机溶剂80~85%、添加剂0.1~5%；其中，非水有机溶剂为环状碳酸酯化合物EC、碳酸二甲酯DMC、乙氧基五氟三聚磷睛FPN在电解液中的重量比分别为15~20%；所述添加剂为硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP、双氟黄酰亚胺锂LiFSI、二草酸硼酸锂LiBOB。作为优选，所述硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP在电解液中的重量比分别为1~5%；所述双氟黄酰亚胺锂LiFSI、二草酸硼酸锂LiBOB为添加剂锂盐在电解液中的重量比分别为0.1~0.5%作为优选，所述锂盐为六氟磷酸锂LiPF6。作为优选，所述添加剂为硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP中的两种或两种以上。作为优选，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯化合物EC、碳酸二甲酯DMC、乙氧基五氟三聚磷睛FPN中的至少一种。一种髙镍正极锂离子电池，其特征在于：该电池包含所述三元高镍电解液，还包括使用正极浆料涂覆制得到的正极膜片、使用负极浆料涂覆制得到的负极膜片、隔离膜；其中，所述正极浆料为高镍三元锂离子正极浆料，其组分按重量配比如下：高镍三元正极粉料90%~98%导电剂1%~5%功能复合粘结剂1%~5%还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮；所述溶剂N-甲基吡咯烷酮的使用量保证正极浆料的固体物质含量在60%~80%。作为优选，所述功能复合粘结剂为聚偏氟乙烯等氟系树脂、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸系共聚物等的一种或一种以上。作为优选，所述功能复合粘结剂为A类高分子量耐碱性粘结剂PVDF和B类低分子量高粘结强度粘结剂PVDF；其中，A类耐碱性粘结剂与B类高粘结强度粘结剂重量比为1:2~4。一种髙镍正极锂离子电池的制备方法，其工艺步骤如下：1）三元高镍电解液的制备a）将非水有机溶剂环状碳酸酯化合物EC、碳酸二甲酯DMC、乙氧基五氟三聚磷睛FPN按重量配比分别顺序注入混合器，同时启动搅拌器和冷却系统，有机溶剂在-10~10℃冷冻25~30分钟，冷却、搅拌充分混合；b）将锂盐六氟磷酸锂LiPF6按重量比加入混合器中冷却、搅拌充分混合溶解、反应；将添加剂硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP、双氟黄酰亚胺锂LiFSI、二草酸硼酸锂LiBOB按重量配比分别顺序加入混合器中冷却、搅拌充分混合溶解、反应、混合1~2h，配制成三元高镍电解液；2）正极浆料及正极膜片及的制备a）将A类，B类粘结剂按重量比添加进溶剂N-甲基吡咯烷酮内，制备胶液；b）将导电剂，高镍三元材料按重量比一并加入到胶液内，并开启真空高速搅拌，至分散均匀后即完成浆料配置，控制胶液及浆料的温度在25~50℃，最终控制浆料的粘度为5000~5600mPa.s；c）将正极浆料涂覆在正极集流体上经涂布、烘干制得到的正极膜片。本专利技术具有的优点和积极效果是：1、本专利技术三元高镍电解液采用锂盐LiPF6、有机溶剂、添加剂及二氟硼酸锂和双氟黄酰亚胺盐添加剂锂盐，双氟黄酰亚胺锂LiFSI可保持热稳定至180℃,并在低介电常数的碳酸酯类溶剂中具有较高的溶解度；相比于LiPF6体系，LiFSI的碳酸酯电解液在~50~50℃均具有更高的电导率，室温下该体系的锂迁移数高达0.5~0.6，从而使电池能够得到较好的循环效率；同时抑制LiPF6的高温分解，LiBOB成膜性好、低温性能好，与电池正极有很好相容性；能在Al箔表面形成一层钝化膜，并抑制电解液氧化；LiFSI电导率高、水敏感度低和热稳定性好，两款添加剂锂盐的加入可有效抑制LiPF6的分解，来提升电解液的循环性能，使用该电解液的锂离子电池具有优良的常温循环性能、高温循环性能及高温存储寿命，且可以显著减少高温存储过程中的产气量。2、本专利技术三元高镍电解液采用锂盐电解液中混入添加剂，硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP及双氟黄酰亚胺锂LiFSI、二草酸硼酸锂LiBOB组合添加电解液中产生协同效应，锂电极在较高的放电速率下，在其表面形成非常光滑、均匀致密的SEI膜，在电解液中单独加入添加剂三（三甲基硅基）磷化合物，能够改善锂离子电池的高温循环性能和高温存储寿命，三（三甲基硅基）磷化合物显著降低正极的界面阻抗，有利于锂离子在正极界面的迀移，有效地降低了高镍正极材料对电解液的氧化活性，特别是在高温条件下其对电解液的氧化，可以抑制因高镍正极材料结构的变化所导致的镍、钴等过渡金属发生还原反应而溶出，改善锂离子电池的高温循环性能和高温存储寿命。3、本专利技术三元高镍电解液，由于采用添加剂硫酸亚乙烯酯DTD后电极极化程度减小，从而在电极表面形成稳定的SEI膜，减小了电极过程Li迁移的阻力，有利于可脱嵌锂过程的进行，提高电池在充放电倍率下持续循环能力，添加剂三（三甲基硅基）磷TMSP用于Li/石墨电池提高了其循环稳定性和首次库伦效率；同时，添加非水有机溶剂碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元高镍电解液，其特征在于：包括原料及其重量比如下：锂盐13~15%、非水有机溶剂80~85%、添加剂0.1~5%；其中，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯化合物EC、碳酸二甲酯DMC、乙氧基五氟三聚磷睛FPN在电解液中的重量比分别为15~20%；所述添加剂为硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP、双氟黄酰亚胺锂LiFSI、二草酸硼酸锂LiBOB。

【技术特征摘要】
1.一种三元高镍电解液，其特征在于：包括原料及其重量比如下：锂盐13~15%、非水有机溶剂80~85%、添加剂0.1~5%；其中，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯化合物EC、碳酸二甲酯DMC、乙氧基五氟三聚磷睛FPN在电解液中的重量比分别为15~20%；所述添加剂为硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP、双氟黄酰亚胺锂LiFSI、二草酸硼酸锂LiBOB。2.根据权利要求1所述的一种三元高镍电解液，其特征在于：所述硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP在电解液中的重量比分别为1~5%；所述双氟黄酰亚胺锂LiFSI、二草酸硼酸锂LiBOB为添加剂锂盐在电解液中的重量比分别为0.1~0.5%。3.根据权利要求1所述的一种三元高镍电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂LiPF6。4.根据权利要求1所述的一种三元高镍电解液，其特征在于：所述添加剂为硫酸亚乙烯酯DTD、碳酸亚乙烯酯VC、丁二睛SN、三（三甲基硅基）磷TMSP中的两种或两种以上。5.根据权利要求1所述的一种三元高镍电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为环状碳酸酯化合物EC、碳酸二甲酯DMC、乙氧基五氟三聚磷睛FPN中的至少一种。6.一种髙镍正极锂离子电池，其特征在于：该电池包含所述三元高镍电解液，还包括使用正极浆料涂覆制得到的正极膜片、使用负极浆料涂覆制得到的负极膜片、隔离膜；其中，所述正极浆料为高镍三元锂离子正极浆料，其组分按重量配比如下：高镍三元正极粉料90%~98%导电剂1%~5%功能复合粘结剂1%~5%还包括溶剂N-甲基吡咯烷酮；所述溶剂N...

【专利技术属性】
技术研发人员：余志文，
申请(专利权)人：湖北诺邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42