一种三元正极材料锂离子电池电解液制造技术

技术编号:25919410 阅读:19 留言:0更新日期:2020-10-13 10:39
本发明专利技术公开了一种三元正极材料锂离子电池电解液,其原料包括:有机溶剂、锂盐、成膜添加剂和功能添加剂,其中,功能添加剂包括:低阻抗锂盐、磺酸酯类有机物和硼酸酯化合物。本发明专利技术通过低阻抗锂盐、磺酸酯类有机物和硼酸酯化合物三种添加剂的使用所产生的协同效应,使得三元正极材料电池在低温环境下具有优异的放电性能;且工作电压在4.4V及以上时具有优异的高温循环性能,因而在三元电池体系中有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种三元正极材料锂离子电池电解液
本专利技术涉及锂离子电池电解液
,尤其涉及一种三元正极材料锂离子电池电解液。
技术介绍
锂离子电池由于工作电压高、能量密度高、循环寿命长、对环境友好等特点,广泛应用与3C数码产品、电动汽车等领域。锂离子电池在新能源汽车的应用在未来几年中将呈放量式增长的趋势,根据《节能与新能源汽车产业发展规划》,动力电池要求到2020年能量密度达300Wh/Kg。因此,开发具有高能量密度的电池体系势在必行。目前,新能源汽车领域用的锂离子电池主要由两类,一类是正极材料为磷酸铁锂(LFP)电池,一类为三元材料电池。LFP电池体系的优点是循环性能好、安全性能比较可靠,缺点是能量密度不足、低温性能差,尤其是能量密度的问题成为其发展的主要瓶颈。三元材料体系根据不同元素组成,也主要有NCM、NCA两类,可用通式LiNi1-x-yCoxMnyO2表示。其中,NCM材料中引入价格更便宜的Ni和Mn,减少了Co的使用,从而节省了材料成本;另一方面,NCM可以在4.35-4.6V电压范围内,其结构保持稳定,为其在高电压、高能量密度的动力电池体系中提供了可靠保证。当前包括特斯拉为代表的使用松下电池供货的三元体系的工作电压为4.2V,发展更高电压、高能量密度的三元动力电池是电池技术发展的趋势,也是新能源产气发展的必然要求。目前市面上4.35V及以上的三元动力电池电解液仍不成熟,主要问题在于,三元材料比表面积大、体系中由于存在氧化性更强的Ni元素,能与电解液发生化学作用,从而影响电池的性能,尤其电池的高低温循环性能、高温储存性能无法得到满足。因此急需开发4.4V以上高电压相适应的三元材料体系锂离子电池电解液以满足这一现实需要。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题,本专利技术提出了一种三元正极材料锂离子电池电解液,本专利技术通过加入功能添加剂,包括低阻抗锂盐、磺酸酯类有机物和硼酸酯化合物三种添加剂,所产生的协同效应,使得三元正极材料电池在低温环境下具有优异的放电性能且工作电压在4.4V及以上高电压条件下具有优异的高温循环性能,因而在三元电池体系中有广泛的应用前景。本专利技术提出的一种三元正极材料锂离子电池电解液,其原料包括:有机溶剂、锂盐、成膜添加剂和功能添加剂,其中,功能添加剂包括:低阻抗锂盐、磺酸酯类有机物和硼酸酯化合物。优选地,磺酸酯类有机物为1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、硫酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、甲烷磺酸甲酯、甲烷二磺酸二甲基酯、甲烷二磺酸二乙基酯、甲烷二磺酸二苯基酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三氟甲烷二磺酸二甲基酯、2,4-二甲基苯磺酸甲酯、3-羟基丙磺酸中的至少一种。优选地,低阻抗锂盐包括二氟磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。优选地,硼酸酯化合物为硼酸三甲酯、三乙基硼酸酯、硼酸三烯丙酯、硼酸三叔丁酯、三苯基硼酸酯、四甲基硼酸酯、硼酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、硼酸三(六氟异丙基)酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三甲基环三硼氧烷、三(五氟苯基)硼烷中的至少一种。优选地,磺酸酯类有机物占所述电解液总质量的0.05-8%。优选地,磺酸酯类有机物占所述电解液总质量的0.05-2%。优选地,低阻抗锂盐占所述电解液总质量的0.5-10%。优选地,低阻抗锂盐占所述电解液总质量的0.5-2%。优选地,硼酸酯化合物占所述电解液总质量的0.05-3%。优选地,在所述电解液中,功能添加剂的含量≤10%。优选地,成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸苯乙烯酯中的至少一种。优选地,有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲丙酯、四氢呋喃、二氧环烷、二乙醇二乙醚、γ-丁内酯中的至少两种。优选地,锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种。优选地,成膜添加剂占所述电解液总质量的0.01-2%。优选地,有机溶剂占所述电解液总质量的65-85%。优选地,锂盐占所述电解液总质量的10-15%。本专利技术所述三元正极材料锂离子电池电解液的各原料的重量百分比之和为100%。有益效果:本专利技术通过低阻抗锂盐、磺酸酯类有机物和硼酸酯化合物三种添加剂的使用所产生的协同效应,使得三元正极材料电池在低温环境下具有优异的放电性能,且工作电压在4.4V及以上高电压条件下具有优异的高温循环性能,因而在三元电池体系中有广泛的应用前景。本专利技术所述的功能添加剂中选用二氟磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、磷酸锂、亚硫酸乙烯酯和三(三甲基硅烷)硼酸酯等热稳定性好,成膜阻抗低的组分,能够提高低温下锂离子电解液的电导率,同时能在高电压下,在正极表面形成保护膜,其可以在正极表面形成保护膜,防止正极与电解液直接接触反应分解,提高正极材料的稳定性,从而提高电池的高电压循环性能。另外本专利技术选用适合的有机溶剂具有较高的分解电压,在高电压下具有较好的电化学稳定性,从而为4.4V以上三元正极材料锂离子电池的电性能提供稳定的电化学环境。附图说明图1为对比例2电解液的电化学窗口LSV曲线图。图2为实施例7电解液的电化学窗口LSV曲线图。图3为对比例1-5和实施例1-3、实施例5-6、实施例10-12所制得电池的高温循环性能图,其中,a为整体图,b为从a中分出来的对比例1-5和实施例1,c为从a中分出来的实施例1-3,d为从a中分出来的实施例5-6,e为从a中分出来的实施例10-12。具体实施方式下面,通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1一种三元正极材料锂离子电池电解液,其原料按重量百分比包括:2%的氟代碳酸乙烯酯,13.5%的六氟磷酸锂,1%的1,3-丙烷磺内酯,1%的二氟磷酸锂,0.5%的三(三甲基硅基)硼酸酯,余量为有机溶剂;其中,有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的质量比为25:5:50:20的混合溶剂。上述三元正极材料锂离子电池电解液的制备方法为:在充满氩气的手套箱(水分<10ppm,氧分<1ppm)中,取有机溶剂混匀,然后加入氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、二氟磷酸锂、三(三甲基硅基)硼酸酯,再缓慢加入六氟磷酸锂,搅拌至其完全溶解即可。对比例1一种三元正极材料锂离子电池电解液,其原料按重量百分比包括:1%的碳酸亚乙烯酯,13.5%的六氟磷酸锂,余量为有机溶剂;其他同实施例1。对比例2一种三元正极材料锂离子电池电解液,其原料按重量百分比包括:1%的碳酸亚乙烯酯,13.5%的六氟磷酸锂,1%的二氟磷酸锂,余量为有机溶剂;其他同实施例1。对比例3一种三元正极材料锂离子电池电解液,其原料按重量百分比包括:1%的碳酸亚乙烯酯,13.5%的六氟磷酸锂,1%的二氟磷酸锂,1%的1,3-丙烷磺内酯,余量为有机溶剂;其他同实施例1。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种三元正极材料锂离子电池电解液,其特征在于,其原料包括:有机溶剂、锂盐、成膜添加剂和功能添加剂,其中,功能添加剂包括:低阻抗锂盐、磺酸酯类有机物和硼酸酯化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料锂离子电池电解液,其特征在于,其原料包括:有机溶剂、锂盐、成膜添加剂和功能添加剂,其中,功能添加剂包括:低阻抗锂盐、磺酸酯类有机物和硼酸酯化合物。


2.根据权利要求1所述三元正极材料锂离子电池电解液,其特征在于,磺酸酯类有机物为1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、硫酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、甲烷磺酸甲酯、甲烷二磺酸二甲基酯、甲烷二磺酸二乙基酯、甲烷二磺酸二苯基酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三氟甲烷二磺酸二甲基酯、2,4-二甲基苯磺酸甲酯、3-羟基丙磺酸中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述三元正极材料锂离子电池电解液,其特征在于,低阻抗锂盐包括二氟磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。


4.根据权利要求1-3任一项所述三元正极材料锂离子电池电解液,其特征在于,硼酸酯化合物为硼酸三甲酯、三乙基硼酸酯、硼酸三烯丙酯、硼酸三叔丁酯、三苯基硼酸酯、四甲基硼酸酯、硼酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、硼酸三(六氟异丙基)酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三甲基环三硼氧烷、三(五氟苯基)硼烷中的至少一种。


5.根据权利要求1-4任一项所述三元正极材料锂离子电池电解液,其特征在于,磺酸酯类有机物占所...

【专利技术属性】
技术研发人员:俞金萍梁大宇沈剑
申请(专利权)人:合肥国轩高科动力能源有限公司
类型:发明
国别省市:安徽;34

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