高电压锂离子电池电解液添加剂、电解液、电池及其化成方法技术

本发明专利技术公开了一种高电压锂离子电池电解液添加剂、电解液、电池及其化成方法，本发明专利技术提供的高电压锂离子电池电解液添加剂为吡啶基化合物，通过在高温和高电压下的化成，使吡啶类化合物添加剂得到较为充分的分解，在正负极的表面形成含Li

Electrolyte additive, electrolyte, battery and its formation method of high voltage lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
高电压锂离子电池电解液添加剂、电解液、电池及其化成方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高电压锂离子电池电解液添加剂、电解液、电池及其化成方法。
技术介绍
发展新能源汽车是有效应对能源与环境挑战的重要战略举措。发展新能源汽车是我国从“汽车大国”迈向“汽车强国”的必由之路。近年来,新能源汽车产销量呈现井喷式增长，全球保有量已超过130万辆，已进入到规模产业化的阶段。为了满足电动汽车跑得更远、跑得更快、更加安全便捷的需求，进一步提高比能量和比功率、延长使用寿命和缩短充电时间、提升安全性和可靠性以及降低成本是动力电池技术发展的主题和趋势。目前商用的动力电池正极材料主要为磷酸铁锂和镍钴锰酸锂三元材料，然而磷酸铁锂存在比能量低的问题，而三元材料中含有较多的钴，受限于匮乏的钴资源和高额的成本，当前的三元动力电池成本较高，且随着政府补贴的持续退坡，为新能源汽车的发展带来巨大的挑战，因此发展无钴的具有高比能量的正极材料势在必行。尖晶石结构的镍锰酸锂是一种无钴的高电压正极材料，具有低成本的优势，其电压平台高达4.7V，同时其具有133mAh/g的可逆比容量，具有高的能量密度，是理想的下一代动力锂离子电池正极材料。然而在高电压下，镍锰酸锂界面会和电解液发生副反应，在高温下，尤为严重，副反应产生的HF对正极界面造成破坏，同时引起过渡金属离子的溶解，过渡金属离子迁移至负极，会破坏负极表面的界面膜，这些均会引起电池电化学性能恶化，尤其是高温下，循环性能较差。公开号“CN101673852”，名称为“一种电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂离子电池”的专利公开了一种电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂离子电池，其提出以卤代吡啶作为锂离子电池电解液的阻燃添加剂，通过卤和氮原子对氢氧自由基的阻燃抑制作用提高电池的安全性，同时通过氮原子的孤对电子对与阴离子的复合，提高锂离子迁移数，提高电池的循环性能和倍率性能。然而该卤代的吡啶化合物在低压下，无法分解，且没有经过特殊的化成方式，无法在正负极的表面形成紧密且稳定的界面膜，无法抑制高电压下，尤其是高温下，电解液与正极界面的副反应，无法阻止HF对正极界面的腐蚀破坏，同时无法抑制对过渡金属离子的溶出及其对负极界面膜的破坏等，对电池的电化学性能的改善比较有限。公开号“CN108321433A”，名称为“一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液”的专利公开了一种提高锂离子电池低温性能的电解液添加剂及电解液，其提出含供电子基团的吡啶作为添加剂提高锂离子电池的低温性能，通过吡啶中氮原子的负电趋势，与锂盐形成协同作用，提高电解液的离子与电子能力，同时利用烷基的疏水性和亲水性的亚胺基降低电解液的表面张力，提高电解液的浸润性，从而改善锂离子电池的低温循环性能，然而同样的，该吡啶类添加剂没有经过高电压和高温的化成，未在正负极界面处形成紧密且稳定的界面膜，对电池循环性能的改善有限。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术目的之一在于，提供一种能在高电压下可在正负极界面形成紧密且稳定的界面膜，抑制电解液分解和过渡金属离子溶出，改善电池循环性能的高电压锂离子电池电解液添加剂。本专利技术目的之二在于，提供一种含有上述高电压锂离子电池电解液添加剂的高电压锂离子电池电解液。本专利技术目的之三在于，提供一种含有上述高电压锂离子电池电解液的高电压锂离子电池。本专利技术目的之四在于，提供一种上述高电压锂离子电池的化成方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种高电压锂离子电池电解液添加剂，其为具有以下结构式的吡啶基化合物其中R1、R2、R3、R4、R5分别选自含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子不饱和烷基、含1-10个碳原子的卤代烷基、含1-10个碳原子的卤代不饱和烷基、卤原子、噻吩、醛基、氰基、硝基、甲氧基和乙氧基中的一种或多种。本专利技术以吡啶基化合物作为电解液添加剂，通过高电压和高温的化成方式，使吡啶基化合物添加剂充分的分解，在正负极的表面形成含LixNOy的紧密且稳定的界面膜，抑制电解液的分解，阻隔HF对正极界面的腐蚀破坏，同时抑制过渡金属离子的溶解和对负极的破坏，提高电池的循环性能，尤其是高温下的效果显著。作为本专利技术的一种优选方案，所述吡啶基化合物选自4-氰基吡啶、3-氰基吡啶、2-氰基吡啶、2-氰基-5-硝基吡啶、2,4,6-三甲基吡啶、4-甲基吡啶、2-吡啶甲醛、4-乙酰吡啶、2-乙酰基吡啶、5-甲氧基-3-吡啶甲醛、3-氟吡啶-2-甲酸乙酯、2-甲氧基-3-三氟甲基吡啶、2-氟-4-溴吡啶、α-甲基吡啶、3,5-二硝基吡啶-4-甲腈、3-氟-2-吡啶甲腈、2,3-二氟-5-氯吡啶、3-氟-4-乙酰基吡啶、2-乙酰基-3-甲基吡啶、2,5-二氟吡啶、2-氯-3-氟-5-溴吡啶、2-氟-5-溴吡啶、1,2-二吡啶乙炔、2,6-二溴吡啶、3,5-二溴吡啶、4-甲氧基吡啶、3,5-二甲基吡啶、3,4-二氯吡啶、4-吡啶乙腈、2,3-二溴吡啶、2,6-二氟吡啶、2,6-二氟吡啶-3-甲醛、2,5-二溴-3-氟吡啶、6-甲氧基-3-吡啶甲腈、2-氰基-4-甲基吡啶、乙烯吡啶、2-(甲硫基)吡啶、3,4,5-三氯吡啶、3-氟吡啶、2-氟吡啶、3-三氟甲基吡啶、2-甲氧基-5-氟吡啶、2,3-二氟吡啶、3,5-二氟吡啶、2,3-二氟-5-氯吡啶、2-氰基-3,5-二氟吡啶、2,4-二氟吡啶、2,5-二氟吡啶、2,3-二氟-4-三氟甲基吡啶、2,3,5-三氟吡啶、2,4,6-三氟吡啶、3-氰基-2,5,6-三氟吡啶、2,3,6-三氟吡啶、3,4,5-三氟吡啶、2,3,6-三氟-4-(三氟甲基)吡啶、3-氯-2,4,5,6-四氟吡啶、2,3,5,6-四氟吡啶、4-溴-2,3,5,6-四氟吡啶、2,3,5,6-四氟吡啶-4-腈和五氟吡啶中的至少一种。一种高电压锂离子电池电解液，其由添加剂、锂盐、有机溶剂和上述的高电压锂离子电池电解液添加剂组成，所述高电压锂离子电池电解液添加剂在高电压锂离子电池电解液的添加比例为质量百分比的0.01％～3％。作为本专利技术的一种优选方案，所述有机溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、二氧戊烷、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、γ-丁内酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、二甲基亚砜、环丁砜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优选方案，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，所述锂盐在高电压锂离子电池电解液中的摩尔浓度范围为0.5～3mol/L。一种高电压锂离子电池，其包括正极、负极、隔膜和上述的高电压锂离子电池电解液。其的充电截止电压为4.5～5V。一种高电压锂离子电池的化成方法，其的化成温度为40-60℃，化成倍率为0.01-0.2C。本专利技术的有益效果为：本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，其为具有以下结构式的吡啶基化合物/n

【技术特征摘要】
1.一种高电压锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，其为具有以下结构式的吡啶基化合物



其中R1、R2、R3、R4、R5分别选自含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子不饱和烷基、含1-10个碳原子的卤代烷基、含1-10个碳原子的卤代不饱和烷基、卤原子、噻吩、醛基、氰基、硝基、甲氧基和乙氧基中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述吡啶基化合物选自4-氰基吡啶、3-氰基吡啶、2-氰基吡啶、2-氰基-5-硝基吡啶、2,4,6-三甲基吡啶、4-甲基吡啶、2-吡啶甲醛、4-乙酰吡啶、2-乙酰基吡啶、5-甲氧基-3-吡啶甲醛、3-氟吡啶-2-甲酸乙酯、2-甲氧基-3-三氟甲基吡啶、2-氟-4-溴吡啶、α-甲基吡啶、3,5-二硝基吡啶-4-甲腈、3-氟-2-吡啶甲腈、2,3-二氟-5-氯吡啶、3-氟-4-乙酰基吡啶、2-乙酰基-3-甲基吡啶、2,5-二氟吡啶、2-氯-3-氟-5-溴吡啶、2-氟-5-溴吡啶、1,2-二吡啶乙炔、2,6-二溴吡啶、3,5-二溴吡啶、4-甲氧基吡啶、3,5-二甲基吡啶、3,4-二氯吡啶、4-吡啶乙腈、2,3-二溴吡啶、2,6-二氟吡啶、2,6-二氟吡啶-3-甲醛、2,5-二溴-3-氟吡啶、6-甲氧基-3-吡啶甲腈、2-氰基-4-甲基吡啶、乙烯吡啶、2-(甲硫基)吡啶、3,4,5-三氯吡啶、3-氟吡啶、2-氟吡啶、3-三氟甲基吡啶、2-甲氧基-5-氟吡啶、2,3-二氟吡啶、3,5-二氟吡啶、2,3-二氟-5-氯吡啶、2-氰基-3,5-二氟吡啶、2,4-二氟吡啶、2,5-二氟吡啶、2,3-二氟-4-三氟甲基吡啶、2,3,5-三氟吡啶、2,4,6-三氟吡啶、3-氰基-2,5,6-三氟吡啶、...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹元杰，黄学杰，武怿达，马晓威，闫勇，
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