一种锂离子电池用电解液及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电解液及锂离子电池，该锂离子电池用电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂，该添加剂选自结构式1所示的化合物，其中R1选自碳原子数为3‑6的不饱和烃基，R2选自碳原子数为2‑5的亚烃基。该添加剂分子结构中由于同时含有不饱和碳碳键和氰基，能够在电极表面发生聚合反应形成含有多个氰基的化合物，该化合物能够与正极材料表面的金属离子络合，从而抑制电解液在电极表面发生分解，提高电池的高温储存及循环性能。

A Lithium Ion Battery Electrolyte and Lithium Ion Battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用电解液及锂离子电池相关申请本申请是申请日为2015年12月18日，申请号为201510964662.5的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池用电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应和循环寿命长等优点，不仅在手机、笔记本电脑等数码产品领域得到了广泛的应用，而且也被认为是电动车、大型储能装置的最佳选择之一。目前智能手机、平板电脑等电子数码产品对电池的能量密度要求越来越高，使得商用锂离子电池难以满足要求。采用高容量正极材料或高电压正极材料是提升锂离子电池能量密度的最有效途径。然而在高电压电池中，在正极材料充电电压提高的同时，电解液的氧化分解现象会加剧，从而导致电池性能的劣化。另外，高电压电池在使用过程中普遍存在正极金属离子溶出的现象，特别是电池在经过长时间的高温存储后，正极金属离子的溶出进一步加剧，导致电池的保持容量偏低。对于目前商业化的4.3V以上的钴酸锂高电压电池，普遍存在高温循环和高温存储性能差的问题，主要体现在高温循环后厚度膨胀和内阻增长较大，长时间高温存储后容量保持偏低。造成这些问题的因素主要有：(1)电解液的氧化分解。在高电压下，正极活性材料的氧化活性较高，使得其与电解液之间的反应性增加，加上在高温下，高电压正极和电解液之间的反应进一步加剧，导致电解液的氧化分解产物不断在正极表面沉积，劣化了正极表面特性，导致电池的内阻和厚度不断增长。(2)正极活性物质的金属离子溶出与还原。一方面，在高温下，电解液中的LiPF6极容易分解，产生HF和PF5。其中HF会腐蚀正极，导致金属离子的溶出，从而破坏正极材料结构，导致容量流失；另一方面，在高电压下，电解液容易在正极被氧化，导致正极活性物质的金属离子容易被还原而溶出到电解液中，从而破坏正极材料结构，导致容量损失。同时，溶出到电解液的金属离子，容易穿过SEI到达负极获得电子而被还原成金属单质，从而破坏了SEI的结构，导致负极阻抗不断增大，电池自放电加剧，不可逆容量增大，性能恶化。中国专利CN100585935C公开了一种含二腈化合物的非水电解液，使用该电解液能够提高电池的循环性能﹑储存性能。Kim在文献(Energy&EnvironmentalScience,2011,4,4038-4045)报道了丁二腈(SN)能够和LiCoO2材料表面的Co离子发生络合反应，有效抑制了电解液在其表面的分解反应，从而提高电池的循环性能。Kim在文献(AppliedMaterilals&Interfaces,2014,6,8913-8920)中报道了在电解液中添加单腈或双腈化合物，由于氰基与Co离子的相互作用，提高了LiCoO2电池的热稳定性。本专利技术人发现，虽然丁二腈能够提高电池在高电压下的高温储存及循环性能，但性能仍然不够理想，有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够改善锂离子电池高温储存及循环性能的非水电解液，进一步提供一种包括该非水电解液的锂离子电池。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池用电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂，上述添加剂选自结构式1所示的化合物，其中，R1选自碳原子数为3-6的不饱和烃基，R2选自碳原子数为2-5的亚烃基。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述添加剂的含量为按照上述电解液总重量计的0.1-3％。作为本专利技术的更进一步改进的方案，上述添加剂的含量为按照上述电解液总重量计的0.2-2％。作为本专利技术的优选方案，上述添加剂选自如下化合物：作为本专利技术的进一步改进的方案，上述电解液还包括选自碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或两种以上的添加剂。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述电解液还包括选自1,3-丙烷磺内酯(1，3-PS)、1,4-丁烷磺内酯(BS)中的一种或两种的添加剂。作为本专利技术的进一步改进的方案，上述电解液还包括二腈化合物NC-R-CN，其中R是亚烷基。作为本专利技术的更进一步改进的方案，上述二腈化合物选自丁二腈、己二腈中的一种或两种。作为本专利技术的优选方案，上述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、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；优选为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的组合物。作为本专利技术的优选方案，上述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2F)2中的一种或两种以上。根据本专利技术的第二方面，本专利技术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用电解液。作为本专利技术的优选方案，上述正极的活性物质为：LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2，其中，L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si或Fe，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z≤1。作为本专利技术的进一步优选方案，上述正极的活性物质为：LiCoxL(1-x)O2，其中，L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si或Fe，0<x≤1。本专利技术的锂离子电池用电解液中含有结构式1所示的添加剂，能够明显提高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用电解液的关键在于，含有结构式1所示的化合物作为添加剂，其中，R1选自碳原子数为3-6的不饱和烃基，R2选自碳原子数为2-5的亚烃基。结构式1所示的化合物可以采用如下反应途径得到：上述反应过程涉及的反应原理和工艺条件是本领域公知且成熟的，本领域技术人员能够容易地合成出本专利技术的化合物。R1选自碳原子数为3-6的不饱和烃基，R2选自碳原子数为2-5的亚烃基。结构式1所示化合物其作用机理不十分清楚，但专利技术人推测可能是结构式1所示的化合物分子结构中由于同时含有不饱和碳碳键和氰基，在初期充电过程中，能够在电极表面发生聚合反应形成含有多个氰基的化合物，该化合物能够与正极材料表面的金属离子络合，抑制金属离子对电解液的催化分解反应，从而提高电池的高温储存及循环性能。上述结构式1所示的化合物中，R1基团的碳原子数对其性能有重要影响，专利技术人经过深入研究发现，R1选自碳原子为3-6的不饱和烃基，能够显著地取得上述效果。当R1选自碳原子数大于6的不饱和烃基，在电极表面形成的化合物阻抗过大，且络合金属离子的效果降低，反而降低电池高温储存及循环性能。专利技术人还发现，R2的取值对其性能也有重要影响，R2为碳原子数为2-5的亚烃基，能够显著地取得上述效果。当碳原子数大于5时，在电极表面形成的化合物阻抗过大，且络合金属离子的效果降低，反而降低电池高温储存及循环性能。上述结构式1所示的化合物中，R1基团为直链或支链的不饱和烃基，直链如烯基或炔基，典型但非限定性的烯基的例子比如丙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基；典型但非限定性的炔基的例子比如丙炔基、炔丙基、丁炔基、戊炔基、己炔基。R2基团为亚烃基，可以是直链或支链的饱和亚烃基，也可以是支链或直链的不饱和亚烃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括选自结构式1所示的化合物，

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括选自结构式1所示的化合物，其中，R1选自碳原子数为3-6的不饱和烃基，R2选自碳原子数为2-5的亚烃基。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂的含量为按照所述电解液总重量计的0.1-3％，优选0.2-2％。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂选自如下化合物：4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或两种以上的添加剂。5.根据权利要求1-4任一项所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括选自1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯中的一种或两种添加剂。6.根据权利要求1-5任一项所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括二腈化合物NC-R-CN，其中R是亚烷基；优选地，所述二腈化合物选自丁二腈、己二腈中的一种或两种。7.根据权利要求1-6任一项所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂选自碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：石桥，陈群，胡时光，黄琦，周雪，
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