一种高电压锂离子电池电解液及使用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高电压锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，按在高电压锂离子电池电解液中的质量百分含量，添加剂组成为：不饱和锂盐添加剂1‑10％，含磷添加剂0.1‑5％，碳酸亚乙烯酯0.1‑2％，其它添加剂1‑7％。本发明专利技术还公开了含有上述高电压锂离子电池电解液的锂离子电池。本发明专利技术的高电压锂离子电池电解液通过独特组合的多种添加剂的协同作用，使电解液体系兼具高能量密度、高安全性能，有利于满足电解液在高电压下对高温性能、低温性能和安全性能的需求，进而提高了高电压锂离子电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种高电压锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。
技术介绍
近年来，锂离子电池因工作电压高、比容量大、循环寿命长、无记忆效应以及对环境友好等优点，而成为目前使用最广泛的化学储能电池。随着其应用领域的快速发展，人们对锂离子电池的能量密度和安全等性能提出了更高的要求。提高现有体系的工作电压和开发高比容量电池体系是解决电池能量密度的关键途径。然而，常规碳酸酯基高电压电解液存在氧化电位低，与高压实正极电极材料浸润性差等问题，严重制约了高电压锂离子电池的实际应用。目前最常用的锂离子电池电解液，是以LiPF6溶解在碳酸酯类溶剂中组成的，然而这类体系在高电压情况下，充电过程中极易与正极材料发生氧化分解，导致高的界面阻抗和电池容量衰减，其次，电解液分解过程中，产生的CO2对于电池的安全性能造成潜在的威胁，产生的H2O使得LiPF6/碳酸酯电解质体系发生自催化反应，其中间产物HF的产生会导致正极材料中金属阳离子的溶出，造成正极材料的破坏，影响电池循环稳定性，而且，溶解的阳离子会在负极表面析出为金属枝晶，造成电池短路，形成安全隐患。因此，传统的电解液组成无法直接应用于高电压锂离子电池体系中，开发兼具高能量密度、高安全性能的新的电解液体系是锂离子电池发展的关键之一。如中国专利公开号CN107359368A公开了一种基于硫酸酯添加剂的锂电池电解液，包括溶剂A、锂盐B和硫酸酯添加剂C。该专利技术利用硫酸酯添加剂C参与锂金属负极表面SEI的形成，对电极表面的SEI膜进行修饰/改性，硫酸酯添加剂C包括硫酸乙烯酯、甲基亚硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯等化合物，具有较低的最低未占分子轨道能量，易得电子，更容易被还原，其分解产物富含Li2S和Li2O，从而在锂负极表面引入无机成分，通过调控SEI的成分，提高SEI的机械强度，从而增强SEI的稳定性，进而抑制锂枝晶的生长，以提高锂金属电池的使用寿命和循环性能。不足之处是上述添加剂在高温高压下形成的膜并不牢固，很容易破损。又如中国专利CN109755636A公开了一种高温高压安全性锂离子电池电解液及锂离子电池，该专利技术的锂离子电池电解液包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂，所述添加剂包括异氰酸酯类添加剂、成膜添加剂和氟代阻燃添加剂。锂离子电池电解液通过添加第一类异氰酸酯类添加剂和第二类成膜添加剂，能够在电极材料表面形成稳定的SEI膜，既有利于离子传导又能够抑制电解液的分解；添加第三类氟代阻燃剂，F原子既可以在电极界面成膜，又可以减小分子间作用力，降低其粘度，改善电解液的电导率。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
为了克服上述
技术介绍
的不足，本专利技术提供了一种兼具高能量密度、高安全性能的高电压锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高电压锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，按在高电压锂离子电池电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：作为本专利技术的优选实施方式，所述不饱和含S锂盐添加剂为不饱和结构的硫酸锂盐或不饱和结构的磺酸锂盐，所述不饱和结构的硫酸锂盐在高电压锂离子电池电解液中的质量百分含量优选0.5-3％，所述不饱和结构的磺酸锂盐在高电压锂离子电池电解液中的质量百分含量优选0.1-1％；所述不饱和结构的硫酸锂盐结构式如式(Ⅰ)所示，所述不饱和结构的磺酸锂盐结构式如式(Ⅱ)所示：其中，R1，R2分别选自C1-C18的烯烃基、炔烃基、氟代不饱和烷基。所述式(Ⅰ)所示不饱和结构的硫酸锂盐更优选以下结构式所示化合物中的至少一种：所述式(Ⅱ)所示不饱和结构的磺酸锂盐更优选以下结构式所示化合物中的至少一种：作为本专利技术的优选实施方式，所述含磷添加剂选自磷酸酯、亚磷酸酯，所述含磷添加剂优选为三(三甲基硅基)亚磷酸酯(TMSP)、三(六氟异丙基)磷酸酯(HFiP)、三烯丙基磷酸酯(TAP)、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TFEP)中的一种或多种。所述含磷添加剂在高电压锂离子电池电解液中的质量百分含量优选为0.5-5％。作为本专利技术的优选实施方式，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、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，所述锂盐在高电压锂离子电池电解液中的浓度为0.5-2M，优选1-1.5M。作为本专利技术的优选实施方式，所述碳酸亚乙烯酯(VC)在高电压锂离子电池电解液中的质量百分含量优选为0.2-0.8％。作为本专利技术的优选实施方式，所述其它添加剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺内酯(PS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸丙烯酯(PC)、三(三甲基硅基)硼酸酯(TMSB)、丁二腈(SN)、己二腈(ADN)中的一种或多种。本专利技术中的有机溶剂可采用环状碳酸脂、链状碳酸酯、羧酸酯中的一种或多种的混合物。所述的链状碳酸酯选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)中的一种或多种；所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或两种；所述羧酸酯选自乙酸乙酯(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。作为本专利技术的优选实施方式，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和丙酸乙酯(EP)的混合物。本专利技术还提供一种锂离子电池，该锂离子电池含有所述的高电压锂离子电池电解液。优选的，所述锂离子电池的制备方法包括将本专利技术的高电压锂离子电池电解液在Ar手套箱中，注入到经过充分干燥的4.45V的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨软包电池中，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口工序。本专利技术提供了一种能够在高电压条件下稳定工作的锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池，本专利技术的高电压锂离子电池电解液中的不饱和结构的硫酸锂盐或不饱和结构的磺酸锂盐添加剂，能够在电池正极表面形成含RSO3Li等离子电导率高的SEI膜，降低了SEI膜的阻抗，同时，有利于提高SEI膜对高温的耐受性，提高高温性能；磷酸酯和亚磷酸酯类物质作为阻燃添加剂使用于该电解液中，能够有效满足该电解液的安全要求，同时，含P添加剂可用于提高电池在高电压下的循环性能；碳酸亚乙烯酯作为一种常见的成膜添加剂，搭配该电解液使用，可以更好地阻止电解液的进一步分解，提高电池性能。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的高电压锂离子电池电解液中的不饱和结构的硫酸锂盐或不饱和结构的磺酸锂盐类添加剂，能够在电池正极表面形成含RSO3Li等离子电导率高的SEI膜，降低了SEI膜的阻抗，同时，有利于提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，按在高电压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

【技术特征摘要】
20200323 CN 20201020794601.一种高电压锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，按在高电压锂离子电池电解液中的质量百分含量，所述添加剂组成为：

。


2.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述不饱和含S锂盐添加剂结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示：



其中，R1，R2分别选自C1-C18的烯烃基、炔烃基、氟代不饱和烷基。


3.根据权利要求2所述的高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述式(Ⅰ)所示化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：

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4.根据权利要求2所述的高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述式(Ⅱ)所示化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：

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5.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述含磷添加剂选自三(三甲基硅基)亚磷酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹青青，杨冰，吴杰，黄晟超，
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