高压锂离子电池电解液及其电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高压锂离子电池电解液及其电池，其电解液由有机溶剂、锂盐以及添加剂组成，所述添加剂能在正负极表面形成P‑O、Si‑O和B‑M(其中M为O、Br、F、N、S中的至少一种)键，通过这三个键的交联反应，在正负极的表面形成稳定固态电解质层，抑制了界面副反应的发生，使得锂离子电池在常温和高温的循环性能均显著提高，大大延长使用寿命，而且通过添加剂的方式引入电解液中具有合成方法简单、添加量小和低成本等优点。本发明专利技术提供的锂离子电池，由于含有前述高压锂离子电池电解液，使得锂离子电池的循环性能和高温性能显著提高，综合性能好，利于广泛推广应用。

Electrolyte and Batteries for High Voltage Lithium Ion Batteries

【技术实现步骤摘要】
高压锂离子电池电解液及其电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高压锂离子电池电解液及其电池。
技术介绍
传统的化石燃料的使用会释放大量的二氧化碳及硫化物、氮化物和粉尘等有害气体，引起温室效应并污染环境，同时随着这些传统化石燃料的逐渐枯竭，开发和利用可再生的清洁能源势在必行。清洁能源包括水能、太阳能、风能、潮汐能和核能等，属可再生能源。通过中间转换，即利用储能设备，以电能-其它形式能量-电能的方式可将这些能源利用起来，储能器件中锂离子电池因其具有电压高、能量密度高、寿命长和安全性高等优点受到了大量的关注，在便携式电子产品、大型动力电源以及储能电站应用领域迅速发展。应用领域的迅速发展对锂离子电池的高功率、高安全性、长寿命、低成本提出更高的要求。高压尖晶石镍锰酸锂具有高达4.7V(VsLi)的高电压平台，高的工作电压可极大降低电池的BMS管理成本以及安全性，且尖晶石结构的镍锰酸锂具有三维的锂离子通道，具有高功率的优点，同时镍锰酸锂中不含稀有资源Co，成本较低，是非常好的下一代正极电池材料。然而在高压下，镍锰酸锂的界面会和电解液发生副反应，导致循环性能和寿命下降，在高温下，该现象更为明显。一般情况下，通过在锂离子电池中添加电解液的添加剂，在正负极表面形成稳定的固体电解质界面层，可极大的抑制锂离子电池的衰减，然而在高压下，一些常规的电解液添加剂形成的固态电解质界面层会发生分解，无法起到保护的作用，同时添加剂在高压下发生氧化分解，使锂离子电池的性能更为恶化，这些现象在高温下更为显著，并不适用与高压锂离子电池中，因此急需开发兼具耐高温和高压的锂离子电解液和锂离子电池。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术目的之一在于，提供一种能抑制了界面副反应的发生，提高循环性能的高压锂离子电池电解液。本专利技术目的之二在于，提供一种应用上述高压锂离子电池电解液的锂离子电池，该锂离子电池具有较佳的循环性能性能，使用寿命长。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种高压锂离子电池电解液，其由有机溶剂、锂盐以及添加剂组成，所述添加剂包括具有结构式I或II含P-O-Si官能团的化合物以及含B-M官能团的锂盐，其中M为O、Br、F、N、S中的至少一种。作为本专利技术的一种改进，所述含P-O-Si官能团的化合物占电解液总质量的0.01％～5％，含B-M的化合物占电解液总质量的0.1％～20％。作为本专利技术的一种改进，所述含P-O-Si官能团的化合物的结构式I或II中的R1、R2、R3、R4、R5选自卤原子、氰基、乙烯基、含1～5个碳原子的烷基以及卤代烷基。作为本专利技术的一种改进，所述具有结构式I和/或II含P-O-Si官能团的化合物为三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、双三甲基硅基化乙烯基磷酸酯、二乙基三甲基硅基亚磷酸酯、三甲基硅基二氢化磷酸酯、单(三甲硅基)亚磷酸酯、双三甲基硅基磷酸氢酯、双(三甲基硅基)三丁基锡磷酸盐、三甲基硅多磷酸盐和三(叔丁基二甲硅烷基)亚磷酸盐中的至少一种。作为本专利技术的一种改进，所述含B-M官能团的锂盐为二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、硼酸锂、四硼酸锂、偏硼酸锂、四甲氧基硼锂、三氟(三氟甲基)硼酸锂-碳酸二甲酯络合物、甲基三醇硼酸锂、锂(吡啶-2-基)三异丙氧基硼酸、三异丙基2-(5-氯吡啶)硼酸锂、(噻唑-2-基)三异丙氧基硼酸锂和三异丙基和2-(5-甲基吡啶)硼酸锂的至少一种。作为本专利技术的一种改进，所述有机溶剂选自碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、二氧戊烷(DOL)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2Me-THF)、γ-丁内酯(BL)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜(SL)中的一种或几种按任意比例混合的混合溶剂。作为本专利技术的一种改进，所述锂盐为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或四氟草酸磷酸锂中的一种或多种，所述锂盐在电解液中的摩尔浓度范围为0.5～3mol/L。一种锂离子电池，其包括正极、负极、电解液和隔膜，所述的电解液为权利要求1～7中任意一项所述的锂离子电池电解液。作为本专利技术的一种改进，所述锂离子电池的正极活性物质为高压尖晶石镍锰酸锂，作为本专利技术的一种改进，所述锂离子电池的充电截止电压为4.7～5V。尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)正极：有两种空间群的LNMO(无序的Fd-3m和有序的P4332)，工作电压约为4.7V(vs.Li/Li+)，理论比容量为146.7mAh/g，能量密度高于650Wh/kg，且具有三维离子通道，可高倍率充放电，同时其成本较低。但是在循环的过程中由于LNMO界面与电解液产生的副反应，导致电解液分解和Mn的溶解，特别是在高温条件下，导致电池容量迅速衰减。本专利技术通过在高压锂离子电池中加入复合添加剂，会在正负极表面形成P-O-Si和B-M(其中M为O、Br、F、N、S中的至少一种)键，这些键会和电解液中其它分解产物发生协同和交联反应，在正负极的表面形成稳定固态电解质层，抑制了副反应的发生，锂离子电池的常温和高温的循环性能显著提高。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供高压锂离子电池电解液的配方设计合理，所述添加剂能在正负极表面形成P-O、Si-O和B-M(其中M为O、Br、F、N、S中的至少一种)键，通过这三个键的交联反应，在正负极的表面形成稳定固态电解质层，抑制了界面副反应的发生，使得锂离子电池在常温和高温的循环性能均显著提高，大大延长使用寿命，而且通过添加剂的方式引入电解液中具有合成方法简单、添加量小和低成本等优点。本专利技术提供的锂离子电池，由于含有前述高压锂离子电池电解液，使得锂离子电池的循环性能和高温性能显著提高，综合性能好，利于广泛推广应用。下面结合实施例，对本专利技术作进一步说明。具体实施方式实施例1：高压锂离子电池电解液的制备，在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以1:1:1质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为2.5％的三(三甲基硅烷)亚磷酸酯，5％的二氟草酸硼酸锂，再缓慢加入锂盐LiPF6，盐的浓度为1mol/L，搅拌至其完全溶解，得到高压锂离子电池电解液。锂离子电池的的制备，将LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)作为正极活性材料，炭黑作为导电添加剂，以羧甲基纤维素(CMC)、苯乙烯与丁二烯的共聚物(SBR)为粘结剂，按照质量比为92:5:1:2在水中混合均匀后，涂覆铝箔集流体上，烘干、冷压后裁剪成直径为φ14mm的圆片，置于手套箱中。将石墨作为负极活性材料，炭黑作为导电添加剂，以羧甲基纤维素(CMC)、苯乙烯与丁二烯的共聚物(SBR)为粘结剂，按照质量比为93:2:2:3在水中混合均匀后，涂覆铜箔集流体上，烘干、冷压后裁剪成直径为φ15mm的圆片，置于手套箱中。以聚乙烯(PE)为基膜(12μm)并在基膜双面上涂覆纳米氧化铝涂层(2μm)作为隔膜。正极极片、隔膜、负极极片按顺序放好，注入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压锂离子电池电解液，其由有机溶剂、锂盐以及添加剂组成，其特征在于，所述添加剂包括具有结构式I或II含P‑O‑Si官能团的化合物

【技术特征摘要】
1.一种高压锂离子电池电解液，其由有机溶剂、锂盐以及添加剂组成，其特征在于，所述添加剂包括具有结构式I或II含P-O-Si官能团的化合物以及含B-M官能团的锂盐，其中M为O、Br、F、N、S中的至少一种。2.根据权利要求1所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述含P-O-Si官能团的化合物占电解液总质量的0.01％～5％，含B-M的化合物占电解液总质量的0.1％～20％。3.根据权利要求1所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述含P-O-Si官能团的化合物的结构式I或II中的R1、R2、R3、R4、R5选自卤原子、氰基、乙烯基、含1～5个碳原子的烷基以及卤代烷基。4.根据权利要求1所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述具有结构式I和/或II含P-O-Si官能团的化合物为三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、双三甲基硅基化乙烯基磷酸酯、二乙基三甲基硅基亚磷酸酯、三甲基硅基二氢化磷酸酯、单(三甲硅基)亚磷酸酯、双三甲基硅基磷酸氢酯、双(三甲基硅基)三丁基锡磷酸盐、三甲基硅多磷酸盐和三(叔丁基二甲硅烷基)亚磷酸盐中的至少一种。5.根据权利要求1所述的高压锂离子电池电解液，其特征在于，所述含B-M官能团的锂盐为二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、硼酸锂、四硼酸锂、偏硼酸锂、四甲氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹元杰，马晓威，黄学杰，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：广东,44