一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池电解液，包括锂盐、非水溶剂和添加剂，按在锂离子电池电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：芳基含硫酯类化合物0.1‑5％，含硼锂盐0.1‑3％，负极成膜添加剂0.5‑5％。本发明专利技术还公开了包括正极、负极、隔膜和该锂离子电池电解液的锂离子电池。本发明专利技术的锂离子电池具有循环寿命长和高低温性能好的优点。

An electrolyte of lithium-ion battery and a lithium-ion battery containing the electrolyte

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池
本专利技术涉及电池
，具体涉及一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池。
技术介绍
由于二次电池的高能量密度，锂离子电池的发展引起了人们的极大兴趣。然而，为了满足电动汽车(EVS)的要求，需要开发出比传统锂离子电池用的正极和正极材料更高能量密度的负极和正极材料，因此高镍三元正极材料受到广泛关注。随着三元材料LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z≤1)中镍含量的增加，其克容量也逐渐增加。然而，一方面镍含量增多在充放电过程中易发生阳离子混排现象，正极中的过渡金属离子也会在反应中脱锂晶格进入电解液，催化电解液的氧化分解，损坏电极材料表面的钝化膜，从而影响其使用寿命；另一方面，高镍三元材料存在自身释氧情况，高温环境加速了电池内部金属离子、活泼氢对电池体系的破坏，极易引起电池气胀、热失控等问题。再者，高镍材料制备过程中对环境和工艺要求很高，电池体系中的微量水分难以去除，降低了电池的循环寿命，尤其是搭配容易发生体积膨胀的硅碳负极后，高低温性能和循环寿命很难兼顾。目前，通常通过在电解液中加入添加剂来改善锂离子电池的高低温性能和循环寿命。如中国专利公开号CN109888386A公开了一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池。该专利技术所述锂离子电池电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，添加剂中包含含硫化合物M和N作为添加剂。所述化合物M为链状含硫酯类结构。所述添加剂M在正负极界面均能参与钝化膜的形成，提升高温性能并抑制电池产气，添加剂N对提升电池循环性能和调节阻抗有较好的效果，通过化合物M和N的联合使用可以优化电池体系的循环性能和储存性能，并且使电池体系具有较低的阻抗，达到电池高低温性能兼顾的综合效果。不足之处是含硫化物N化学性质不稳定，对存储和使用环境要求很高，且酸度和色度表现差。又如中国专利公开号CN109428112A公开了一种锂离子电池及其电解液，电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中，非水有机溶剂含有甲酯类化合物A，添加剂包括添加剂B硅氧硫酯类化合物和添加剂C，添加剂C选自含醚键二磺酸锂类化合物、含醚键二硫酸锂类化合物中的至少一种，该专利技术锂离子电池及其电解液中的甲酯类化合物A、添加剂B和添加剂C三种物质协同作用，可改善锂离子电池的耐过充性能和循环性能，提高电池的安全性能。不足之处是该锂离子电池的高低温性能较差。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池。本专利技术有效解决了锂离子电池的循环寿命短和高低温性能差的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种锂离子电池电解液，包括锂盐、非水溶剂和添加剂，按在锂离子电池电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：芳基含硫酯类化合物0.1-5％含硼锂盐0.1-3％负极成膜添加剂0.5-5％作为本专利技术的优选实施方式，所述芳基含硫酯类化合物结构式如下所示：其中，R1，R2分别独立地选自氢原子、氧原子、氟原子、1-4个碳的烷基、烯基、炔基、腈基、氟代烷基、氧烷基、芳基，且R1，R2中至少有一个芳基。所述芳基含硫酯类化合物更优选为以下结构式所示化合物中的一种或多种：作为本专利技术的优选实施方式，所述含硼锂盐优选双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2中的一种或多种。所述含硼锂盐更优选为双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂中的一种。作为本专利技术的优选实施方式，所述负极成膜添加剂优选为VC(碳酸亚乙烯酯)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、硫酸乙烯酯(DTD)、三(三甲基)硅烷硼酸酯(TMSB)、三(三甲基)硅烷磷酸酯(TMSP)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟磷酸锂(LiDFP)中的一种或多种。作为本专利技术的优选实施方式，所述锂盐优选为六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、三草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟磷酸锂、四氟磷酸锂和二氟双草酸磷酸锂中的一种或多种。作为本专利技术的优选实施方式，所述锂盐在锂离子电池电解液中的质量百分含量优选为12.5-17％，所述锂盐在锂离子电池电解液中的质量百分含量更优选为12.5％。本专利技术中所述非水溶剂可选自环状碳酸脂、链状碳酸酯、羧酸酯、氟代溶剂中的一种或多种的混合物。所述环状碳酸脂优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)中的一种或几种；所述链状碳酸脂优选为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)中的一种或几种；所述羧酸酯优选为甲酸乙酯(MA)、甲酸丙酯(MP)、乙酸甲酯(MP)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸乙酯(PE)、丙酸丙酯(PP)、正丁酸乙酯(EB)中的一种或几种；所述氟代溶剂优选为氟代碳酸乙烯酯(FEC)、二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、氟代碳酸二甲酯(FDMC)、氟代碳酸甲乙酯(FEMC)氟代碳酸丙烯酯(FPC)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(D2)、氟代甲酸乙酯(FMA)、氟代乙酸乙酯(FEA)氟代甲酸丙酯(FMP)中的一种或几种。所述非水溶剂更优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)的混合物。本专利技术还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极、隔膜和上述的锂离子电池电解液。本专利技术的锂离子电池的正极极片包括正极集流体和正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；优选地，所述正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2、镍锰酸锂、钴酸锂、富锂锰基固溶体或锰酸锂，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1；更优选地，所述正极材料为高镍材料。本专利技术的锂离子电池的负极活性物质可选自人造石墨、包覆型天然石墨、硅碳负极、硅负极；优选地，所述电池的形态为圆柱、铝壳、塑壳或软包壳体。本专利技术的锂离子电池的上限截止电压优选为4.2-5V。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术的锂离子电池电解液中，芳基含硫类化合物的HOMO能量较低，充电时易优先于非水溶剂发生氧化反应，氧化产物沉积在正极表面形成致密的CEI膜，热稳定性好，一方面减少六氟磷酸锂热分解和水解产生的HF对正极材料的腐蚀，抑制钴、镍等过渡金属离子的溶出和在负极上的沉积，提升室温循环性能；另一方面该钝化膜减少活性物质的损失和界面副反应，防止高温环境中溶出的过渡金属元素对非水溶剂的催化分解和产气膨胀。含硼锂盐的LUMO能量低，在首次充放电中在石墨表面发生还原反应参与有保护作用的SEI膜形成，抑制非水溶剂的进一步分解，稳定石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池电解液，包括锂盐、非水溶剂和添加剂，其特征在于，按在锂离子电池电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：/n芳基含硫酯类化合物 0.1-5％/n含硼锂盐 0.1-3％/n负极成膜添加剂 0.5-5％。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，包括锂盐、非水溶剂和添加剂，其特征在于，按在锂离子电池电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：
芳基含硫酯类化合物0.1-5％
含硼锂盐0.1-3％
负极成膜添加剂0.5-5％。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述芳基含硫酯类化合物结构式如下所示：



其中，R1，R2分别独立地选自氢原子、氧原子、氟原子、1-4个碳的烷基、烯基、炔基、腈基、氟代烷基、氧烷基、芳基，且R1，R2中至少有一个芳基。


3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述芳基含硫酯类化合物选自以下结构式所示化合物中的一种或多种：





4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述含硼锂盐选自LiBOB、LiDFOB、LiBF4、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述含硼锂盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳茹，郭力，朱学全，
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