一种非水电解液及含有该电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种非水电解液及含有该电解液的锂离子电池，该非水电解液包括锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括具有式Ⅰ结构的化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的化合物添加剂B和成膜添加剂。相比于现有技术，本发明专利技术提供的锂离子电池非水电解液，通过化合物添加剂A、化合物添加剂B、成膜添加剂和锂盐添加剂之间的协同作用，电解液在电极表面成膜性能优良，有效改善锂离子电池的热冲击性能，并且具有良好的循环性能、可有效改善高温存储性能且兼顾其动力学性能。

A non-aqueous electrolyte and a lithium-ion battery containing the electrolyte

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液及含有该电解液的锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种非水电解液及含有该电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于较高的能量密度和稳定的循环性能，目前其应用已经取得了巨大的成功，特别是广泛应用在移动电子产品上。但不能忽视的是，自从锂离子电池大规模商业化推广以来，与其相关的安全事故就几乎没有停止过。锂离子电池的安全性已经成为制约其进一步发展的关键因素，引起科研工作者的广泛关注。电池在高温使用条件下及过度充电过程中都需要保证用户的使用安全，热冲击性能是目前大多企业对锂离子电池进行安全性检测的一项重要指标，因此提高电池的热冲击和抗过充性能显得尤为重要。热冲击失效的主要原因为电池内部物质电能或者是内能的释放。足够多的热量被释放出来后，将引起电池内部剧烈的化学反应，最后将导致电池燃烧起火甚至爆炸。目前热冲击主要解决措施通常为减少电池热量的释放以及保证正负极材料的热稳定性，使电极在满充状态时处于比较稳定的电压状态。因此，在电解液中加入热稳定较好的成膜添加剂是改善锂离子电池热冲击性能的重要方法之一，而现有的过充添加剂或阻燃添加剂均因阻抗过大导致电池动力学性能变差而限制了其广泛使用。有鉴于此，迫切需要开发一款可有效改善热冲击性能并且兼顾动力学性能的锂离子电池电解液。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，本专利技术结合不同组分的电解液添加剂优点，提供一种锂离子电池非水电解液，该电解液不仅能够显著改善锂离子电池的热冲击性能，而且具有优异的循环性能、有效改善高温存储性能且兼顾良好的动力学性能。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种非水电解液，包括锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括具有式Ⅰ结构的化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的化合物添加剂B和成膜添加剂；其中，R1～R5各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、腈基、烷氧基、烷基及其取代物、烯烃基及其取代物、炔烃基及其取代物中的任意一种；其中，X1～X3各自独立地选自氢原子、卤原子、1-5个碳原子的烷基或其取代物；X4～X5各自独立地选自氢原子、卤原子、烷基及其取代物中的任意一种；X6选自氢原子、卤原子、腈基、烷基及其取代物、烯烃基及其取代物中的任意一种。在根据本专利技术的一些实施例中，所述添加剂A包括选自以下结构式的化合物中的至少一种：在根据本专利技术的一些实施例中，所述添加剂B包括选自以下结构式的化合物中的至少一种：在根据本专利技术的一些实施例中，所述添加剂A的含量占电解液总质量的0.01～10.0wt％；所述添加剂B的含量占电解液总质量的0.01～10.0wt％。在根据本专利技术的一些实施例中，所述成膜添加剂包括包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、丙烯磺酸内酯(PST)、乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、柠康酸酐(MSDS)、三(三甲基烷)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基烷)磷酸酯(TMSP)、丁二腈(SN)、已二腈(ADN)、乙二醇双(丙腈)醚(EGBE)以及已烷三腈(HTCN)的至少一种；所述成膜添加剂的含量占电解液总质量的0.1-20wt％。在根据本专利技术的一些实施例中，所述锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)和其他锂盐类化合物，所述其他锂盐类化合物为二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟双草酸磷酸锂(LiPF2(C2O4)2)、四氟草酸磷酸锂(LiPF4C2O4)、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)中的至少一种。在根据本专利技术的一些实施例中，所述六氟磷酸锂(LiPF6)的含量占电解液总质量的12.5～20.0wt％，所述其他锂盐类化合物的含量占电解液总质量的0.1～15.0wt％。在根据本专利技术的一些实施例中，所述非水性有机溶剂包括碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物；所述碳酸酯类化合物包括环状碳酸酯和链状碳酸酯；其中，所述环状碳酸酯为乙烯碳酸酯(EC)和丙烯碳酸酯(PC)中的至少一种，所述环状碳酸酯的含量占电解液总质量的5.0～25.0wt％；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)中的至少一种，所述链状碳酸酯的含量占电解液总质量的10.0～30.0wt％；所述羧酸酯类化合物包括丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、乙酸乙酯(EA)、正丁酸乙酯(EB)、乙酸丙酯(PA)和γ-丁内酯(GBL)中的至少一种，所述羧酸酯类化合物的含量占电解液总质量的10.0～30.0wt％。此外，本专利技术还提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、设置在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、以及电解液，所述电解液为上述任一段所述的非水电解液。优选地，所述正极极片包括正极集流体和正极膜片，所述负极极片包括负极集流体和负极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述负极膜片包括负极活性物质、导电剂和粘结剂；所述正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2，其中：0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5且0≤x+y+z≤1；所述负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。优选地，粘结剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。优选地，导电剂的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。相比于现有技术，本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术中具有式Ⅰ结构的化合物添加剂A，其噻吩基团可在正极氧化形成导电性相间薄膜，稳定极端环境条件下传统碳酸基电解液和正极界面的氧化分解，抑制过渡金属的溶解，含硫化合物有利于相间的离子传导性；添加剂A结构中同时含有硫氧双键和腈基，其强极性腈基通过强电负作用促进硫氧双键中的电子云重排，使其在充放电过程中更易于发生氧化还原反应，从而改善电池的循环性能；通过噻吩基团、腈基和硫氧双键的相互作用，添加剂A可在正极表面形成更薄、更均匀、离子导电性强且耐热性更好的CEI膜，抑制溶剂与正极表面的进一步反应，腈基的存在可与过渡金属离子络合，有效抑制过渡金属离子溶出，从而改善电池的热冲击性能和高温存储性能。(2)本专利技术中具有式Ⅱ结构的化合物添加剂B，其硅基硫酸酯结构可在电化学氧化还原过程中形成导电性能良好的硅基硫酸盐类化合物，从而在锂离子电池正负极表面形成低阻抗、热稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解液，包括锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，其特征在于：所述添加剂包括具有式Ⅰ结构的化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的化合物添加剂B和成膜添加剂；/n

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包括锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，其特征在于：所述添加剂包括具有式Ⅰ结构的化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的化合物添加剂B和成膜添加剂；



其中，R1～R5各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、腈基、烷氧基、烷基及其取代物、烯烃基及其取代物、炔烃基及其取代物中的任意一种；
其中，X1～X3各自独立地选自氢原子、卤原子、1-5个碳原子的烷基或其取代物；X4～X5各自独立地选自氢原子、卤原子、烷基及其取代物中的任意一种；X6选自氢原子、卤原子、腈基、烷基及其取代物、烯烃基及其取代物中的任意一种。


2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述添加剂A包括选自以下结构式的化合物中的至少一种：





3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述添加剂B包括选自以下结构式的化合物中的至少一种：





4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述添加剂A的含量占电解液总质量的0.01～10.0wt％；所述添加剂B的含量占电解液总质量的0.01～10.0wt％。


5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述成膜添加剂包括包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、丙烯磺酸内酯、乙烯基碳酸乙烯酯、柠康酸酐、三(三甲基烷)硼酸酯、三(三甲基烷)磷酸酯、丁二腈、已二腈、乙二醇双(丙腈)醚以及已烷三腈中的至少一种；所述成膜添加剂的含量占电解液总质量的0.1-20wt％。


6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述锂盐包括六氟磷酸锂和其他锂盐类化合物，所述其他锂盐类化合物为二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娟，杨山，陈杰，李载波，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44