本发明专利技术公开了一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及高镍三元锂离子电池。本发明专利技术所述添加剂包含具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B和常规负极成膜添加剂，所述兼顾高低温性能的电池电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和前述添加剂。本发明专利技术电解液通过以上三种添加剂的联合使用所产生的协同作用，并结合了不同组分的电解液添加剂的优点，提供一种可有效改善高镍三元锂离子动力电池性能的电解液，在高温和低温条件下均具有良好的循环性能、倍率性能、存储性能和安全性能等电化学性能，从而解决现有电池高低温性能无法兼顾的问题。
A Battery Electrolyte Additive, Electrolyte and High Nickel Ternary Lithium Ion Battery Considering High and Low Temperature Performance
【技术实现步骤摘要】
一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及高镍三元锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体是涉及一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及高镍三元锂离子电池。
技术介绍
我国的新能源汽车产业伴随着政策暖风蓬勃发展，动力电池市场空间广阔。然而，目前动力电池仍以磷酸铁锂为主，其比能量有限，未来将难以满足乘用车在续航里程方面的需求。因此，追求高比能量的性能指标是锂离子动力电池的重要研发方向。高镍材料因具有较高的可逆比容量、低廉的价格以及环境友好性，已成为材料、能源学科的研究热点，也是未来高能量密度动力电池的优选材料，但是其固有的一些缺点，如循环过程中结构稳定性差、高温稳定性差、储存性能差以及高低温性能无法兼顾等极大地限制了其在各领域的广泛应用。因此，探寻一种兼顾高低温长循环性能的电解液体系成为当务之急。常规电解液体系的锂离子动力电池在低温条件下，电解液粘度增大，电导率降低，电极界面阻抗增加，常常会导致电池充放电容量低和析锂等现象，进而造成电极反应极化、放电平台降低以及锂离子电池的能量衰减。而电池在高温情况下，由LiPF6组成的常规电解液易发生氧化分解，产生的HF会侵蚀含锰正极材料导致部分金属离子溶出，并在负极发生沉积，改变负极固体电解质界面膜的组成和结构，导致固体电解质界面的不稳定及SEI膜的阻抗增加，进而导致电池胀气、性能恶化，甚至带来安全隐患。因此，兼顾高低温长循环性能电解液体系的开发，是当前学术和产业界的研究热点之一。经研究，电解液溶剂和添加剂的使用可有效改善锂离子电池的高低温循环性能。然而，若增加低熔点、低粘度的溶剂含量，会使电池的低温性能有所提高，但常温及高温性能会变差，三者无法兼顾。有鉴于此，确有必要提供一种兼顾高低温长循环性能的锂离子电池电解液添加剂及电解液，从而改善高镍三元锂离子动力电池在高温和低温条件下的电化学性能，进而解决现有技术电池高低温性能无法兼顾的问题，有效拓展锂离子电池的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供了一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及其在高镍三元锂离子电池中的应用。本专利技术电解液结合了不同组分的电解液添加剂的优点，提供一种可有效改善高镍三元锂离子动力电池性能的电解液，在高温和低温条件下均具有良好的循环性能、倍率性能、存储性能和安全性能等电化学性能，从而解决现有电池高低温性能无法兼顾的问题。在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂，所述添加剂包含具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B和常规负极成膜添加剂；其中，所述含氟苯磺酸酯类添加剂A如式Ⅰ结构式所示：其中，R选自烷基、烷氧基、烯烃基、酰基、氰基、苄基、硝基、卤素原子、含1-20个碳原子的酯基、含1-20个碳原子的磺酰基、含被卤素取代的C1-C20直链或支链的烷基中的任意一种；X1、X2、X3、X4和X5各自独立地选自氢原子、氟原子、烷基、烯烃基、烷氧基或芳香基中的任意一种，且X1-X5至少有一个被氟原子取代；所述环状磺酸酯类添加剂B如式Ⅱ结构式所示：其中，Y1-Y5各自独立地选自氢原子、氟原子、烷基、烯烃基、氰基、烷氧基、被氟取代的C1-C12直链或支链烷基中的任意一种。优选地，在本专利技术的一些实施方式中，具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A选自以下化合物中的一种或多种：优选地，在本专利技术的一些实施方式中，具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B选自以下化合物中的一种或多种：进一步地，所述常规负极成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,2-二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、乙烯基亚硫酸乙烯酯(VES)及三(三甲基烷)硼酸酯(TMSB)中的一种或几种。优选地，在本专利技术的一些实施方式中，所述具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A含量占电解液总质量的0.1-3.0％；所述具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B含量占电解液总质量的0.1-1.0％；所述常规负极成膜添加剂的含量占电解液总质量的0.5-5.0％。优选地，在本专利技术的一些实施方式中，所述常规负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)和硫酸乙烯酯(DTD)，且氟代碳酸乙烯酯(FEC)与硫酸乙烯酯(DTD)的含量分别占电解液总质量的1.0％、0.5％。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种兼顾高低温性能的电池电解液，所述电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，其中，所述添加剂由本专利技术前述具有式Ⅰ和式Ⅱ结构的添加剂以及常规负极成膜添加剂组成。进一步地，所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟双草酸磷酸锂(LiPF2(C2O4)2)、四氟草酸磷酸锂(LiPF4C2O4)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)、草酸磷酸锂(LiPO2C2O4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或几种。更进一步地，所述六氟磷酸锂(LiPF6)的含量占电解液总质量的12.5-15.0％，其他锂盐类化合物含量占电解液总质量的0.1-5.0％。优选地，在本专利技术的一些实施方式中，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，且六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)与双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的含量分别占电解液总质量的12.5％、0.5％、2.5％。进一步地，所述非水性有机溶剂选自碳酸酯类化合物和/或羧酸酯类化合物，其中，所述碳酸酯类化合物包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环碳酸酯为乙烯碳酸酯(EC)和丙烯碳酸酯(PC)中的至少一种；所述链状碳酸酯包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的一种或几种。优选地，所述环碳酸酯的含量为电解液总质量的25.0-45.0％；所述链状碳酸酯的含量为电解液总质量的40.0-70.0％。更优选地，在本专利技术的一些实施方式中，所述非水性有机溶剂为乙烯碳酸酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)，且所述乙烯碳酸酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的质量比为1：1：1。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种兼顾高低温性能的高镍三元锂离子电池，所述锂离子电池包括阴极极片、阳极极片、置于阴极极片与阳极极片之间的隔离膜和本专利技术所述兼顾高低温性能的电池电解液。进一步地，所述阴极极片包括铝箔集流体和阴极膜片，所述阳极极片包括铜箔集流体和阳极膜片；所述阴极膜片包括阴极活性物质、导电剂和粘结剂；所述阳极膜片包括阳极活性物质、导电剂和粘结剂。更进一步地，所述阴极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2，其中，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，且0≤x+y+z≤1；所述阳极活性物质为人造石墨、天然石墨、钛酸锂或SiOw与石墨复合而成的硅碳复合材料，其中，1＜w＜2。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术中常规负极成膜添加剂中的一种或几种，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包含具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B和常规负极成膜添加剂；其中，所述含氟苯磺酸酯类添加剂A如式Ⅰ结构式所示：
【技术特征摘要】
1.一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包含具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B和常规负极成膜添加剂；其中，所述含氟苯磺酸酯类添加剂A如式Ⅰ结构式所示：其中，R选自烷基、烷氧基、烯烃基、酰基、氰基、苄基、硝基、卤素原子、含1-20个碳原子的酯基、含1-20个碳原子的磺酰基、含被卤素取代的C1-C20直链或支链的烷基中的任意一种；X1、X2、X3、X4和X5各自独立地选自氢原子、氟原子、烷基、烯烃基、烷氧基或芳香基中的任意一种，且X1-X5至少有一个被氟原子取代；所述环状磺酸酯类添加剂B如式Ⅱ结构式所示：其中，Y1-Y5各自独立地选自氢原子、氟原子、烷基、烯烃基、氰基、烷氧基、被氟取代的C1-C12直链或支链烷基中的任意一种。2.根据权利要求1所述的兼顾高低温性能的电池电解液添加剂，其特征在于，所述具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A选自以下化合物中的一种或多种：所述具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B选自以下化合物中的一种或多种：3.根据权利要求2所述的兼顾高低温性能的电池电解液添加剂，其特征在于，所述常规负极成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,2-二氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯及三(三甲基烷)硼酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的兼顾高低温性能的电池电解液添加剂，其特征在于，所述具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A含量占电解液总质量的0.1-3.0％；所述具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B含量占电解液总质量的0.1-1.0％；所述常规负极成膜添加剂的含量占电解液总质量的0.5-5.0％；优选地，所述常规负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯和硫酸乙烯酯，且氟代碳酸乙烯酯与硫酸乙烯酯的含量分别占电解液总质量的1.0％、0.5％。5.一种兼顾高低温性能的电池电解液，其特征在于，所述电解液包含电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，其中，所述添加剂为权利要求1-4任一项所述的兼顾高低温性能的电池电解液添加剂。6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娟，朱学全，大浦靖，郭力，刘津宏，
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
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