一种非水电解液及其锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种非水电解液，包含锂盐、有机溶剂和添加剂，按在非水电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：腈类添加剂0.2‑2％，功能添加剂5～15％。本发明专利技术还提供含有该非水电解液的锂离子电池。本发明专利技术的锂离子电池通过优化配方，含有三种锂盐组成的混合锂盐和独特的组合添加剂，提高了电解液的热稳定性，明显改善了电解液的高温存储和高温循环性能，在低温和常温环境下可有效防止电解质在阴极表面的氧化和电解液的分解，提高锂离子电池的低温性能和循环寿命。

A non-aqueous electrolyte and its lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液及其锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种非水电解液及其锂离子电池。
技术介绍
近几年，锂离子电池的发展受到广泛关注，其在手机数码领域、电动汽车、电动自行车、电动工具、储能等方面发展迅猛。锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、能量密度高、循环寿命长等优点，目前，智能手机、平板电脑等数码产品对能量密度的要求越来越高，使得商用的锂离子电池难以满足要求，用高能量密度的材料做电池的正极，是提升锂离子电池能量密度最有效的途径。一元锂电池离子正极材料中，钴酸锂是最先被商品化和大规模应用的正极材料，通过改进工艺，可以将钴酸锂电池的工作电压提高到4.4V以上。随着工作电压的提高，钴酸锂的比容量逐渐提高，但循环性能反而下降了。另一方面，由于锂离子电池阴极采用的是高电势的阴极活性材料，阳极采用的是低电势的阳极活性材料，所以电解质的电位窗比活性材料的电位窗窄。电解液暴露在阴极和阳极电极表面，容易分解。同时，锂离子电池在电动汽车或者电力存储设备中使用时，容易暴露在高温环境中。此外，电池的温度也会由于瞬时充电和电流的变化而升高。因此，在高温环境下，电池的使用寿命会降低，可存储的能量也会减少。另一方面，锂离子电池的主盐LiPF6在高温或痕量水的作用下容易分解产生HF，破坏SEI膜和腐蚀电极材料，释放过渡金属离子，进一步促进电解液的分解，形成恶性循环，造成锂离子电池性能的恶化。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对以上
技术介绍
存在的不足，提供一种非水电解液及其锂离子电池。本专利技术的锂离子电池通过优化配方，含有三种锂盐组成的混合锂盐和独特的组合添加剂，提高了电解液的热稳定性，明显改善了电解液的高温存储和高温循环性能，在低温和常温环境下可有效防止电解质在阴极表面的氧化和电解液的分解，提高锂离子电池的低温性能和循环寿命。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种非水电解液，包含锂盐、有机溶剂和添加剂，按在非水电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：腈类添加剂0.2-2％功能添加剂5～15％作为本专利技术的优选实施方式，所述腈类添加剂结构式如下所示：其中，R2表示10个碳原子以内的烷烃、烯烃、炔烃、烷氧基、环状烷烃或者它们的氟代物，n取自0、1或2。所述腈类添加剂更优选乙腈、丙腈、1,3-丙二腈、丁腈、1,4-丁二腈、戊腈、1,5-戊二腈、2-乙烯-1,4-戊二腈、己腈、1,6-己二腈、1,6-己二腈二甲醚、1,7-庚腈、辛腈、1,8-辛二腈、丙烯腈、2-丁烯腈、2-戊烯腈、环丙烷腈、2-甲基-环丙烷腈、2-乙基环丙烷腈、氟代环丙烷腈、环丁烷腈、1,3,6-三己腈中的一种或多种。其中：乙腈结构式如(1)所示、丙腈如(2)所示、1,3-丙二腈如(3)所示、丁腈如(4)所示、1,4-丁二腈如(5)所示、戊腈如(6)所示、1,5-戊二腈如(7)所示、2-乙烯-1,4-戊二腈如(8)所示、己腈如(9)所示、1,6-己二腈如(10)所示、1,6-己二腈二甲醚如(11)所示、1,7-庚腈如(12)所示、辛腈如(13)所示、1,8-辛二腈如(14)所示、丙烯腈如(15)所示、2-丁烯腈如(16)所示、2-戊烯腈如(17)所示、环丙烷腈如(18)所示、2-甲基-环丙烷腈如(19)所示、2-乙基环丙烷腈如(20)所示、氟代环丙烷腈如(21)所示、环丁烷腈如(22)所示、1,3,6-三己腈如(23)所示。作为本专利技术的优选实施方式，所述功能添加剂选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺内酯(PS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸丙烯酯(PC)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)中的一种或多种。所述功能添加剂更优选氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺内酯(PS)和碳酸亚乙烯酯(VC)的混合物。作为本专利技术的优选实施方式，所述锂盐在非水电解液中的浓度为1.3mol/L。作为本专利技术的优选实施方式，所述锂盐为LiPF6、LiBF4和LiDFOB的混合物，所述LiBF4和LiDFOB的总质量为混合物质量的5-20％。本专利技术中，所述有机溶剂可选自链状碳酸酯类、环状碳酸酯类、羧酸酯类、氟代醚类有机溶剂中的一种或多种。作为本专利技术的优选实施方式，所述有机溶剂优选碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸丙烯酯(PC)、乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、乙酸甲酯(MA)、乙酸丙酯(PE)、丙酸甲酯(MP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)中的一种或多种。所述有机溶剂更优选碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸乙烯酯(EC)的混合物。本专利技术还提供一种锂离子电池，该锂离子电池含有上述非水电解液。优选的，所述锂离子电池的制备方法包括将本专利技术的非水电解液注入到经过充分干燥、4.4V的钴酸锂(LiCoO2)/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口工序。与现有技术相比，本专利技术的优点为：本专利技术电解液中含有三种锂盐组成的混合锂盐和独特的组合添加剂，能够有效地在电池负极成膜，抑制电解液的分解，提高循环性能和放电性能，防止高温环境下电池电解质在阴极表面的分解和电解液的氧化，相较于未添加本专利技术所述混合锂盐和组合添加剂的传统锂离子二次电池，本专利技术的锂离子电池用非水电解液能够有效提高电池的使用寿命，且能够提高电池在低温环境下的存储能力。同时腈类添加剂能和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，提高电池的高温存储及高温循环性能。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，以下描述仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1所述非水电解液按以下方法制备：在手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按照重量比1:1:1的比例进行混合，然后加入混合锂盐(质量比为LiPF6:LiDFOB:LiBF4＝0.95:0.0375:0.0125)进行溶解，制备含混合锂盐的溶液。之后，向含混合锂盐的溶液中加入碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺内酯(PS)和化合物(4)，搅拌均匀，得到实施例1的非水电解液。混合锂盐在电解液中的浓度为1.3M，碳酸亚乙烯酯(VC)在电解液中的质量百分比为0.5％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)在电解液中的质量百分比为5％，1,3-丙烷磺内酯(PS)在电解液中的质量百分比为4％，化合物(4)在电解液中的质量百分比为1％。实施例2-12实施例2-12也是电解液制备的具体实施例，除表1参数外，其它参数及制备方法同实施例1。电解液配方见表1。对比例1-8除表1参数外，对比例1-8其它参数及制备方法同实施例1。电解液配方见表1。表1各实施例和对比例的电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解液，包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，按在非水电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：/n腈类添加剂 0.2-2％/n功能添加剂 5～15％。/n

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，按在非水电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：
腈类添加剂0.2-2％
功能添加剂5～15％。


2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述腈类添加剂结构式如下所示：



其中，R2表示10个碳原子以内的烷烃、烯烃、炔烃、烷氧基、环状烷烃或者它们的氟代物，n取自0、1或2。


3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述腈类添加剂选自乙腈、丙腈、1,3-丙二腈、丁腈、1,4-丁二腈、戊腈、1,5-戊二腈、2-乙烯-1,4-戊二腈、己腈、1,6-己二腈、1,6-己二腈二甲醚、1,7-庚腈、辛腈、1,8-辛二腈、丙烯腈、2-丁烯腈、2-戊烯腈、环丙烷腈、2-甲基-环丙烷腈、2-乙基环丙烷腈、氟代环丙烷腈、环丁烷腈、1,3,6-三己腈中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述功能添加剂选自氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，杜建委，杨冰，曹青青，周彤，
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