锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池制造技术

一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池，该非水电解液包括选自结构式1所示的化合物，其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、氰基或含1‑5个碳原子的基团；R为碳原子数不超过10个的基团，且所述R中含有1个氧原子或1个氮原子。本发明专利技术的非水电解液能够提高锂离子电池的高温储存及循环性能。

Non-aqueous electrolyte for lithium-ion batteries and lithium-ion batteries using the electrolyte

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其工作电压高、安全性高、长寿命、无记忆效应等特点，在便携式电子产品领域中取得了长足的发展。随着新能源汽车的发展，锂离子电池在新能源汽车用动力电源系统具有巨大的应用前景。在非水电解液锂离子电池中，非水电解液是影响电池高低温性能的关键因素，特别地，非水电解液中的添加剂对电池高低温性能的发挥尤其重要。在锂离子电池初始充电过程中，电池正极材料中的锂离子脱嵌出来，通过电解液嵌入碳负极中。由于其高反应性，电解液在碳负极表面反应产生Li2CO3、LiO、LiOH等化合物，从而在负极表面形成钝化膜，该钝化膜称为固体电解液界面膜(SEI)。在初始充电过程中形成的SEI膜，不仅阻止电解液进一步在碳负极表面分解，而且起到锂离子隧道作用，只允许锂离子通过。因此，SEI膜决定了锂离子电池性能的好坏。为了提高锂离子电池的各项性能，许多科研者通过往电解液中添加不同的负极成膜添加剂(如碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯)来改善SEI膜的质量，从而改善电池的各项性能。例如，在日本特开2000-123867号公报中提出了通过在电解液中添加碳酸亚乙烯酯来提高电池特性。碳酸亚乙烯酯能够优先于溶剂分子在负极表面发生还原分解反应，能在负极表面形成钝化膜，阻止电解液在电极表面进一步分解，从而提高电池的循环性能。但添加碳酸亚乙烯酯后，电池在高温储存中过程中容易产生气体，导致电池发生鼓胀。此外，碳酸亚乙烯酯形成的钝化膜阻抗较大，尤其在低温条件下，容易发生低温充电析锂，影响电池安全性。氟代碳酸乙烯酯也能在负极表面形成钝化膜，改善电池的循环性能，且形成的钝化膜阻抗比较低，能够改善电池的低温放电性能。但氟代碳酸乙烯酯在高温储存产生更多的气体，明显降低电池高温储存性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够提高电池高温储存及循环性能的锂离子电池非水电解液，进一步提供包括上述锂离子电池非水电解液的锂离子电池。根据第一方面，一种实施例中提供一种锂离子电池非水电解液，该锂离子电池非水电解液包括选自结构式1所示的化合物，其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、氰基或含1-5个碳原子的基团；R为碳原子数不超过10个的基团，且所述R中含有1个氧原子或1个氮原子。进一步地，以所述电解液总重量为基准，上述结构式1所示的化合物的含量为0.1％-10％。进一步地，上述含1-5个碳原子的基团选自烃基、卤代烃基、含氧烃基、含硅烃基、含氰基取代的烃基或氰基取代的含氧烃基。进一步地，上述R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、氰基、甲基、乙基、三甲基硅氧基、三氟甲基。进一步地，上述R选自结构式2或结构式3所示的基团：结构式2：其中R7、R8各自独立地选自碳原子数为1-5的烃基，m为1-3的整数；结构式3：其中R9、R10、R11各自独立地选自碳原子数为1-5的烃基。进一步地，上述结构式1所示的化合物选自如下化合物：(化合物1)，(化合物2)，(化合物3)，(化合物4)，(化合物5)，(化合物6)，(化合物7)。进一步地，上述电解液还包括不饱和环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯、环状磺酸内酯、环状硫酸酯中的一种或两种以上。进一步地，上述不饱和环状碳酸酯包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚甲基碳酸乙烯酯中的至少一种。进一步地，上述氟代环状碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。进一步地，上述环状磺酸内酯包括1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯中的至少一种。进一步地，上述环状硫酸酯包括硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯中的至少一种。进一步地，上述电解液包括非水有机溶剂和锂盐。上述非水有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物，上述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁烯酯中的一种或两种以上，上述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的一种或两种以上。根据第二方面，一种实施例中提供一种锂离子电池，包括正极、负极和置于上述正极与负极之间的隔膜，还包括第一方面的锂离子电池非水电解液。进一步地，上述正极的活性物质为：LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2、LiCox’L(1-x’)O2、LiNix”L’y’Mn(2-x”-y’)O4、Liz’MPO4中的至少一种，其中，L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si或Fe中的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0＜x+y+z≤1，0<x’≤1，0.3≤x”≤0.6，0.01≤y’≤0.2，L’为Co、Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si、Fe中的至少一种，0.5≤z’≤1，M为Fe、Mn、Co中的至少一种。本专利技术的锂离子电池非水电解液中含有结构式1所示的化合物，在首次充电过程中，结构式1所示的化合物能够优先于溶剂分子发生还原分解反应，其反应产物在电极表面形成一层钝化膜，该钝化膜能够抑制溶剂分子进一步分解。由于形成的钝化膜能够有效阻止溶剂分子、锂盐分子的进一步分解，致使钝化膜中高阻抗的LiF成分较少，有利于改善低温性能，同时，该钝化膜有利于锂离子通过，从而能够明显改善电池的高温储存及循环性能。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的锂离子电池非水电解液的关键之一在于，含有结构式1所示的化合物，其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、氰基或含1-5个碳原子的基团；R为碳原子数不超过10个的基团，且所述R中含有1个氧原子或1个氮原子。R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、氰基或含1-5个碳原子的基团，其中，含1-5个碳原子的基团可以选自烃基、卤代烃基、含氧烃基、含硅烃基、含氰基取代的烃基或氰基取代的含氧烃基。结构式1所示化合物中的R1、R2、R3、R4、R5、R6可以选择的实例，典型但非限定性地可以包括：氢、氟、氰基、甲基、乙基、三甲基硅氧基、三氟甲基。结构式1所示化合物中的R是碳原子数不超过10个的基团，且所述R中含有1个氧原子或1个氮原子，优选的，所述R选自结构式2、结构式3所示的基团：其中R7、R8各自独立地选自碳原子数为1-5的烃基，m为1-3的整数；其中R9、R10、R11各自独立地选自碳原子数为1-5的烃基。结构1所示化合物中的示范性化合物在表1中示出，但不限制于此。表1理论上，添加结构式1所示化合物即可产生本专利技术所描述的效果(兼顾电池高温储存及循环)，可以理解的，当含量较低时产生的效果偏弱，结构式1所示化合物的含量相对于非水电解液的总质量优选为0.1％以上。另外，出于对电解液整体性能的综合考虑，更优选结构式1所示化合物的含量相对于非水电解液的总质量优选为10％以下。具体的，结构式1所示化合物的含量可以为0.1％、0.2％、0.4％、0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.4％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。本专利技术的锂离子电池非水电解液还可以添加其它添加剂，例如不饱和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂离子电池非水电解液包括选自结构式1所示的化合物，结构式1：

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂离子电池非水电解液包括选自结构式1所示的化合物，结构式1：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、氰基或含1-5个碳原子的基团；R为碳原子数不超过10个的基团，且所述R中含有1个氧原子或1个氮原子。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，以所述电解液总重量为基准，所述结构式1所示的化合物的含量为0.1％-10％。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含1-5个碳原子的基团选自烃基、卤代烃基、含氧烃基、含硅烃基、含氰基取代的烃基或氰基取代的含氧烃基。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、氰基、甲基、乙基、三甲基硅氧基、三氟甲基。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述R选自结构式2或结构式3所示的基团：结构式2：其中R7、R8各自独立地选自碳原子数为1-5的烃基，m为1-3的整数；结构式3：其中R9、R10、R11各自独立地选自碳原子数为1-5的烃基。6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述结构式1所示的化合物选自如下化合物：7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括不饱和环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯、环状磺...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仲天，钟玲，胡时光，石桥，陈长春，邓朝晖，
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