本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种三元高电压锂离子电池非水电解液及三元高电压锂离子电池。该电解液包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂包括常规添加剂和具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂。相比于现有技术，本发明专利技术通过组合的常规添加剂和具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂的共同作用，既能在正极材料表面成膜，抑制正极材料颗粒在循环过程中颗粒内裂纹的产生，减少过渡金属元素在高温下的溶出，又可以在负极材料表面形成SEI膜，抑制溶剂在负极界面的还原反应，同时还能降低界面阻抗，从而有效提升三元高电压锂离子电池的循环性能、高温储存性能和低温性能。
An Electrolyte for Ternary High Voltage Lithium Ion Batteries and Ternary High Voltage Lithium Ion Batteries
【技术实现步骤摘要】
一种三元高电压锂离子电池电解液及三元高电压锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种三元高电压锂离子电池电解液及三元高电压锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长寿命、宽工作温度范围和环境友好等优点，被广泛应用于3C数码产品、电动工具、电动汽车、航空航天等领域。特别是在3C数码领域，近几年来移动电子设备特别是智能手机向着更轻、更薄的方向飞速发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。为了提高锂离子电池的能量密度，常用的措施是提高正极材料的充电介质电压，如商业化的钴酸锂电池电压从4.2V→4.35V→4.4V→4.45V→4.48V。但正极材料在高电压下会存在一定的缺陷，如高电压正极活性材料在缺锂状态时具有很强的氧化性，使得电解液很容易被氧化分解，产生大量的气体；此外，高电压正极活性材料在缺锂状态时自身也很不稳定，易发生一些副反应，如释放氧、过渡金属离子溶出等，导致过渡金属离子随着反应的进行脱离晶体进入电解液中催化电解液的分解和损坏活性材料的钝化膜，同时过渡金属锂离子也会占据负极材料表面钝化膜的锂离子迁移通道，阻碍锂离子的迁移，从而影响电池的使用寿命，而当锂离子电池在高温高压状态下使用时，这种负面影响会更明显。目前，解决上述问题的主要方法是开发新的成膜添加剂，新添加剂需要能在正负极材料界面氧化还原形成钝化膜，且形成的钝化膜致密良好，富有弹性，能够随着正负极材料在充放电过程中的膨胀收缩而膨胀收缩，减小钝化膜的裂化程度，从而提高三元高电压锂离子电池的电化学性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种三元高电压锂离子电池电解液，该三元高电压锂离子电池电解液中的添加剂具有良好的成膜性能，可有效解决三元高电压锂离子电池的循环性能、高温储存性能和低温放电性能。为了实现上述目的，本专利技术的三元高电压锂离子电池电解液包含非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包含常规添加剂和具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂：其中，R1和R2各自独立地选自碳原子个数小于4个的直链或非直链烷基、氟代烷基、甲氧基、乙氧基、氟原子、氢原子、苯基和环己基中的任意一种；任选的，R1和R2可以进行连接，形成环状结构或者桥环结构。优选地，所述具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂选自化合物(1)-化合物(5)中的一种或多种：优选地，所述具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂的含量占电解液总质量的0.5％～2.0％，例如1.2％。本专利技术中，所述常规添加剂中包含碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)和1,3-丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或多种。优选地，所述常规添加剂中还包含甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、柠槺酸酐、1-丙基磷酸酐、三丙烯基磷酸酯和腈类添加剂中的一种或多种。本专利技术中，所述腈类添加剂为丁二腈(SN)、己二腈(ADN)、乙二醇双(丙腈)醚(DENE)和1,4-二氰基-2-丁烯(DCB)中的一种或多种；优选地，当含腈类添加剂时，所述腈类添加剂的添加量占电解液总质量的0.1％～1.0％。优选地，所述常规添加剂的含量占电解液总质量的0.2％～5.0％；更优选的，当含碳酸亚乙烯酯时，所述碳酸亚乙烯酯添加量占电解液总质量的0.2％～0.5％；当含三丙烯基磷酸酯、柠槺酸酐和1-丙基磷酸酐类高阻抗添加剂时，其添加量占电解液总质量的0.3％～0.5％，其余所述添加剂添加量占电解液总质量的0.5％～1.0％。进一步优选地，所述常规添加剂中包含占电解液总质量0.3％的碳酸亚乙烯酯、占电解液总质量0.5％的1,3-丙烷磺酸内酯/1,3-丙烯磺酸内酯/碳酸乙烯亚乙酯，任选的，所述常规添加剂中还包含占电解液总质量0.5％的三(三甲基硅烷)硼酸酯或占电解液总质量0.5％的三(三甲基硅烷)硼酸酯和占电解液总质量0.5％的三丙烯基磷酸酯/1-丙基磷酸酐/柠槺酸酐类高阻抗添加剂。本专利技术中，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂和二氟磺酰亚胺锂的混合锂盐。优选地，所述电解质锂盐的添加量占电解液总质量的12.5％～15.0％，更优选地，所述二氟磷酸锂的添加量占电解液总质量的0.5％～1.0％，所述二氟磺酰亚胺锂的添加量占电解液总质量的1.0％～2.0％。进一步优选地，所述电解质锂盐为占电解液总质量12.5％的六氟磷酸锂、占电解液总质量0.8％的二氟磷酸锂、占电解液总质量1.5％的二氟磺酰亚胺锂。本专利技术中，所述非水性有机溶剂包括环状碳酸酯类溶剂和链状碳酸酯类溶剂，所述环状碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)中的至少一种，所述链状碳酸酯类溶剂选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、1,2-二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)和二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(FEMC)中的一种或多种。优选地，所述非水性有机溶剂的含量占电解液总质量的75％～85％。更优选地，所述非水性有机溶剂中包含1,2-二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)和二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(FEMC)中的至少一种，由于氟基团为拉电子基团，因而使用氟代溶剂能够提高物质的氧化能力，拓宽电解液的电化学窗口；同时含氟溶剂能够改善电池内部材料界面的表面张力，从而提高电池的浸润性能。进一步优选地，本专利技术中，所述非水性有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯，更进一步优选地，所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯按质量比为(20～30)：(10～20)：(45～55)：(5～15)，例如25：15：50：10进行混合。本专利技术的另一目的在于提供一种三元高电压锂离子电池，所述三元高电压锂离子电池包括由正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕形成的电芯、以及本专利技术所述三元高电压锂离子电池电解液。优选地，所述正极片的正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2或LiAmBnPO4，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且0≤x+y+z≤1，A、B分别为Fe、Mn、Co或V，0≤m≤1，0≤n≤1，所述负极片的负极活性物质为人造石墨、天然石墨、SiOw与石墨复合而成的硅碳复合材料，其中1＜w＜2。进一步优选地，所述正极片的制备方法为：将正极活性物质LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比96：2：2在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铝箔上烘干、冷压，得到正极片，所述负极活性物质的制备方法为：将负极活性物质人造石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比96：2：1：1在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铜箔上烘干、冷压，得到负极片。本专利技术中，所述三元高电压锂离子电池的充电截止电压大于或等于4.35V。本专利技术的有益效果在于：本专利技术电解液中的常规添加剂可在电极表面形成优良的界面保护膜，减少电极材料与电解液的反应活性并稳定电极材料的微观结构，提升高电压锂离子电池的循环性能和高温性能；同时，所形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三元高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述电池电解液包含非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包含常规添加剂和具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂：
【技术特征摘要】
1.一种三元高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述电池电解液包含非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包含常规添加剂和具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂：其中，R1和R2各自独立地选自碳原子个数小于4个的直链或非直链烷基、氟代烷基、甲氧基、乙氧基、氟原子、氢原子、苯基和环己基中的任意一种；任选的，R1和R2可以进行连接，形成环状结构或者桥环结构。2.根据权利要求1所述的三元高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂选自化合物(1)-化合物(5)中的一种或多种：优选地，所述具有式(Ⅰ)所示结构的硫酸酯类添加剂的含量占电解液总质量的0.5％～2.0％，例如1.2％。3.根据权利要求1所述的三元高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述常规添加剂中包含碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯和1,3-丙烯磺酸内酯中的一种或多种；优选地，所述常规添加剂中还包含甲烷二磺酸亚甲酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、柠槺酸酐、1-丙基磷酸酐、三丙烯基磷酸酯和腈类添加剂中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的三元高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述腈类添加剂为丁二腈、己二腈、乙二醇双(丙腈)醚和1,4-二氰基-2-丁烯中的一种或多种；优选地，当含腈类添加剂时，所述腈类添加剂的添加量占电解液总质量的0.1％～1.0％。5.根据权利要求3-4任一项所述的三元高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述常规添加剂的含量占电解液总质量的0.2％～5.0％；更优选的，当含碳酸亚乙烯酯时，所述碳酸亚乙烯酯添加量占电解液总质量的0.2％～0.5％；当含三丙烯基磷酸酯、柠槺酸酐和1-丙基磷酸酐添加剂时，其添加量占电解液总质量的0.3％～0.5％，其余所述添加剂添加量占电解液总质量的0.5％～1.0％；进一步优选地，所述常规添加剂中包含占电解液总质量0.3％的碳酸亚乙烯酯、占电解液总质量0.5％的1,3-丙烷磺酸内酯/1,3-丙烯磺酸内酯/碳酸乙烯亚乙酯，任选的，所述常规添加剂中还包含占电解液总质量0.5％的三(三甲基硅烷)硼酸酯或占电解液总质量0.5％的三(三甲基硅烷)硼酸酯和占电解液总质量0.5％的三丙烯基磷酸酯/1-丙基磷酸酐/柠槺酸酐添加剂。6.根据权利要求1所述的三元高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂和二氟磺酰亚胺锂的混合锂盐；优选地，所述电解质锂盐的添加量占电解液总质量的12.5％～15.0％；更优选地，所述二...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘立宁，钟子坊，朱学全，郭力，钟婷婷，
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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。