一种高镍三元锂离子电池电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高镍三元锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，添加剂中包括至少一种具有特定结构的磺酸吡啶盐类添加剂。本发明专利技术还公开了包括正极片、隔离膜、负极片和该高镍三元锂离子电池电解液的锂离子电池。本发明专利技术的磺酸吡啶盐类添加剂还原电位为1.6V vs Li

【技术实现步骤摘要】
一种高镍三元锂离子电池电解液及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种高镍三元锂离子电池电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长寿命、宽工作温度范围和环境友好等优点，被广泛应用于3C数码产品、电动工具、电动汽车、航空航天等领域。特别是在3C数码领域，近几年来移动电子设备特别是智能手机向着更轻、更薄的方向飞速发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。为了提高锂离子电池的能量密度，常用的措施是提高正极材料的充电截止电压，如商业化的三元材料锂离子电池电压从4.2V→4.35V→4.4V→4.6V。另一种提高锂离子电池的能量密度的方法是提高三元材料中的镍含量，如商业化的三元材料从NCM111→NCM422→NCM523→NCM622→NCM811，随着镍含量的提高，电池的能量密度能进一步提高，但是也存在一些负面效果，如材料碱性过大，充放电过程中，晶格能变化而导致材料结构坍塌和进入离子溶出等，由于Ni4+具有更强的氧化性，当正极界面钝化膜受到破坏时，Ni4+会快速的催化电解液的氧化分解。中国专利公开号CN106099183A公开了一种丙烷磺酸吡啶盐添加剂，所述丙烷磺酸吡啶盐添加量占电解液总质量的0.1％～10％，可起到提高电池的高温性能和降低内阻的作用。不足之处是，丙烷磺酸吡啶盐添加剂在电解液中的溶解度很低，当添加量超过电解液总质量的1％时，该类物质不能完全溶解。当添加量达到电解液总质量的10％时，与对比组相比较时电池电化学性能非常差。目前，解决上述问题的主要方法是开发新的成膜添加剂，新的成膜添加剂要求能在正负极材料界面氧化还原形成钝化膜，且形成的钝化膜致密良好，富有弹性，能够随着正负极材料在充放电过程中的膨胀收缩而膨胀收缩，减小钝化膜的裂化程度，从而提高高镍三元锂离子电池的电化学性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高镍三元锂离子电池电解液及锂离子电池，该高镍三元锂离子电池电解液中的磺酸吡啶盐类添加剂具有良好的成膜性能，能够正负极成膜，保护材料，降低界面阻抗，从而有效提高高镍三元锂离子电池的循环性能、倍率性能和低温放电性能等。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高镍三元锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包括至少一种具有式(I)所示结构的磺酸吡啶盐类添加剂：其中，R选自烷基、氟代烷基、苯基和环己基中的任意一种。优选地，所述磺酸吡啶盐类添加剂选自具有以下结构的化合物中的至少一种：优选地，所述磺酸吡啶盐类添加剂的含量为电解液总质量的0.1％～1.0％。优选地，所述添加剂还包括常规添加剂，所述常规添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)、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)、三丙炔基磷酸酯和三丙烯基磷酸酯中的一种或多种。更优选地，所述常规添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)的混合物。优选地，所述常规添加剂的含量为电解液总质量的0.5％～10.0％。优选地，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂和二氟磷酸锂的混合物，所述混合物中六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂和二氟磷酸锂的质量比为6.5～12.5:1:0.75～2.5。优选地，所述电解质锂盐的含量为电解液总质量的12.5％～17.0％。本专利技术中，所述非水性有机溶剂包括环状碳酸酯类溶剂和链状碳酸酯类溶剂，所述环状碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)中的至少一种，所述链状碳酸酯类溶剂选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或多种。优选地，所述非水性有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合物。进一步优选地，所述碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的质量比为(10～30)：(5～10)：(5～20)：(40～70)，更优选质量比为25：5：10：60。本专利技术还公开了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极片、隔离膜、负极片和本专利技术的高镍三元锂离子电池电解液。优选地，所述锂离子电池的充电截止电压为4.2～4.35V。优选地，所述正极片的正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且0≤x+y+z≤1，镍含量≥60％，所述负极片的负极活性物质为人造石墨、天然石墨或SiOw与石墨复合而成的硅碳复合材料，其中1＜w＜2。进一步优选地，所述正极活性物质为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，所述正极片的制备方法为：将正极活性物质LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比96：2.5：1.5在N-甲基吡咯烷酮溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铝箔上烘干、冷压，得到正极片，正极片压实密度在3.0～3.4mg/cm3；所述负极活性物质的制备方法为：将负极活性物质人造石墨、导电剂乙炔黑、粘结剂丁苯橡胶(SBR)、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比96：2：1：1在去离子水溶剂体系中充分搅拌混合均匀后，涂覆于铜箔上烘干、冷压，得到负极片，负极片压实密度在1.5～1.6mg/cm3。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术具有式(I)所示结构的磺酸吡啶盐类添加剂具有正极成膜作用，氧化分解电位为4.35VvsLi+/Li，对正极材料的保护具有明显的促进作用(Ni4+具有很强的氧化性，保护正极，避免Ni4+对电解液的氧化分解)，从而显著提高了电池的电化学性能；2.本专利技术具有式(I)所示结构的磺酸吡啶盐类添加剂还原电位在1.6vsLi/Li+左右，能够优先于溶剂和常规添加剂在负极石墨界面还原，该还原产物与亚乙烯碳酸酯(VC)、硫酸乙烯酯(DTD)和1,3-丙烷磺酸内酯(PS)等常规添加剂还原形成的物质进行互补和相互作用，致使电池化成和分容后所形成的钝化膜具有更加致密和稳定的特性，从而进一步提高电池的电化学性能；3.本专利技术所述电解液中的DTD和LiFSI组合，可优先抑制LiFSI对正极铝箔的腐蚀危害，同时可在电极表面形成优良的界面保护膜，减少电极材料与电解液的反应活性并稳定电极材料的微观结构，从而提升锂离子电池的电化学性能。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。实施例和对比例中的磺酸吡啶盐类添加剂表征如下：化合物(1)结构式为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍三元锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂中包括至少一种具有式(I)所示结构的磺酸吡啶盐类添加剂：/n

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂中包括至少一种具有式(I)所示结构的磺酸吡啶盐类添加剂：



其中，R选自烷基、氟代烷基、苯基和环己基中的任意一种。


2.根据权利要求1所述的高镍三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述磺酸吡啶盐类添加剂选自具有以下结构的化合物中的至少一种：





3.根据权利要求1所述的高镍三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述磺酸吡啶盐类添加剂的含量为电解液总质量的0.1％～1.0％。


4.根据权利要求1所述的高镍三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂还包括常规添加剂，所述常规添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三丙炔基磷酸酯和三丙烯基磷酸酯中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的高镍三元锂离子电池电...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘立宁，黄慧聪，郭力，朱学全，王建斌，
申请(专利权)人：东莞市杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44