一种锂盐电解液添加剂和含有该添加剂的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锂盐电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池，电解液添加剂包括有如下结构式Ⅰ，其中，R可以为氢基(H)以及甲酸锂基团(COOLi)中的一种，另结构式要至少含有四个甲酸锂基团(COOLi)。该添加剂在电池正负极皆会发生反应，在电极表面形成稳定的界面膜，有效抑制电解液循环产气，提高电解液在高电压下的循环性能和低温放电性能，尤其可保证高温高电压下钴酸锂和NCM三元体系的锂离子电池性能的优良发挥。

【技术实现步骤摘要】
一种锂盐电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、循环寿命长、能量密度大和对环境友好等众多优点，是目前市场应用范围最广和最具发展前景的二次电池。几十年来，锂离子电池在手机、笔记本数码相机等便携式设备中的应用已经处于主导地位。随着锂电池关键材料和电池装备技术的发展，用于电动车、储能等领域的动力锂电池和电池组正在快速普及。更高的能量密度和更低廉的价格是科研工作者们不懈追求的锂电池性能。目前，商业用锂离子电池的正极材料诸如锰酸锂、钴酸锂、NCM三元材料、磷酸亚铁锂几种，其充电截止电压一般不超过4.2V。而钴酸锂和NCM三元材料可以通过提高充电电压来提升锂离子电池的能量密度。但是，随着上限电压的提升后，钴酸锂、NCM三元材料面临高温存储差、循环产气严重的问题。一方面可能是新开发的包覆或掺杂技术不太完善，另一方面即是电解液的匹配问题，常规的电解液在4.3V高电压下是会在电池正极表面氧化分解的，特别在高温条件下，会加速电解液的氧化分解，同时促使正极材料的恶化反应。锂盐类成膜添加剂是锂二次电池电解液添加剂的重要组成部分之一。优良锂盐类成膜添加剂诸如LiBOB、LiBF4、LiDFOB、LiFSI、LiTFSI、LiDFOP、LiPO2F2会在电极表面形成保护膜，该保护膜不溶于有机溶剂，允许锂离子自由地嵌入脱出电极而不允许溶剂分子穿过，能够有效阻止有机电解液和电极的进一步反应对电极的破坏，从而提高电池的常温循环性能和高低温性能。更重要的是，相对于材料包覆相对复杂昂贵的改善方法，成膜添加剂的使用更加简便及便宜。因此，亟需开发一种性能较LiBOB、LiBF4、LiDFOB、LiFSI、LiTFSI、LiDFOP、LiPO2F2更优的锂盐添加剂具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于，提供一种有效抑制循环产气，提高电解液在高电压下的循环性能和低温放电性能的用于锂离子电池电解液的电解液添加剂。本专利技术的目的之二在于，提供一种含有上述电解液添加剂，有效抑制循环产气，提高电解液在高电压下的循环性能和低温放电性能的用于锂离子电池的电解液。本专利技术的目的之三在于，提供一种含有上述电解液，有效抑制循环产气，提高电解液在高电压下的循环性能和低温放电性能的锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术提供了一种电解液添加剂，包括具有如结构式Ⅰ所示结构的化合物：其中，R可以为氢基(H)以及甲酸锂基团(COOLi)中的一种，另结构式要至少含有四个甲酸锂基团(COOLi)。与现有技术相比，由于本专利技术的电解液添加剂在电极表面发生反应，并且在电极表面形成稳定的界面膜，该界面膜具有较高的热力学稳定性和良好的离子导电能力，该界面膜较高的热力学稳定性提高了不同温度条件下的电极/电解液界面的稳定性和低温条件下的放电性能，该界面膜良好的离子导电能力保证锂离子在电极表面的快速嵌入和脱出，提高电解液的循环性能；另一方面，该电解液添加剂降低了正极的表面活性，进一步提高了不同温度条件下的正极/电解液界面的稳定性，对电池正极起到保护作用，有效抑制钴的溶出，抑制正极和电解液之间的副反应发生，从而抑制电解液在高温、高电压环境下的氧化分解和循环过程中的产气。本专利技术的电解液添加剂有效抑制循环过程中电解液的氧化分解和产气，从而提高电解液在高电压下的循环性能，保证锂离子电池性能的优良发挥。具体地，结构式(Ⅰ)包括优选为以下结构式。优选地，本案的化合物还可以和以下化合物复配使用，如下化合物2：本专利技术还提供了一种电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，添加剂包括上述的电解液添加剂。较佳地，本专利技术的电解液添加剂的质量占锂盐和溶剂的总质量的质量百分数为0.1％-5.0％。具体地，本专利技术的电解液添加剂的质量占锂盐和溶剂的总质量的质量百分数可为但不限于0.1％、1％、2％、3％、4％、5％。较佳地，本专利技术的电解液的锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)。较佳地，本专利技术的电解液的锂盐在电解液中的浓度为0.5M～1.5M。具体地，本专利技术的电解液的锂盐在电解液中的浓度可为但不限于0.5M、0.75M、1M、1.25M、1.5M。M为摩尔/升。较佳地，本专利技术的电解液的溶剂选自链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类和杂环化合物中的任意一种或多种。环状碳酸酯类可选为碳酸乙烯酯(EC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸丙烯酯(PC)中的任意一种或多种；链状碳酸酯类可选为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的任意一种或多种；羧酸酯类可选为乙酸丙酯(PA)、乙酸乙酯(EA)、丙酸丙酯(PP)中的任意一种或多种。较佳地，本专利技术的电解液的添加剂还包括所述锂盐添加剂包括四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和二氟磷酸锂(LiPO2F2)中的一种或多种。本专利技术还提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包括正极、负极和上所述的锂二次电池电解液，其中：正极材料选自锂的过渡金属氧化物，其中，所述锂的过渡金属氧化物为LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2、Li2MnO4、LiFePO4、Li1+aMn1-xMxO2、LiCo1-xMxO2、LiFe1-xMxPO4、Li2Mn1-xO4，其中，M为选自Ni、Co、Mn、Al、Cr、Mg、Zr、Mo、V、Ti、B、F中的一种或多种，0≤a<0.2，0≤x<1；负极材料选自石墨、硅碳复合材料、钛酸锂中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术的锂离子电池，尤其适用于钴酸锂和NCM三元体系，由于电解液含有上述的电解液添加剂，该电解液添加剂降低了电池正极钴酸锂材料的表面活性，提高了正极/电解液界面的稳定性，起到保护正极的作用，有效抑制钴的溶出，从而有效抑制电解液在4.5V高电压高温条件下在正极表面的氧化分解和循环过程中的产气，改善了4.5V钴酸锂和NCM三元体系电池的循环性能和低温放电性能。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步的描述，但不构成对本专利技术的任何限制，任何在本专利技术权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本专利技术的权利要求范围内。为了详细说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施方式作进一步说明。实施例一：1、电解液的制备：将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比为EC:DEC:EMC＝1:1:1进行混合，混合后加入1mol的六氟磷酸锂(LiPF6)，待锂盐完全溶解后，加入0.5％的化合物1。2、正极片的制备：将镍钴锰酸锂三元材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、导电剂SuperP、粘接剂PVDF和碳纳米管(CNT)按质量比97.5:1.5:1:1混合均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，包括具有如结构式Ⅰ所示结构的化合物：/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，包括具有如结构式Ⅰ所示结构的化合物：



其中，R可以为氢基(H)以及甲酸锂基团中的一种；
结构式Ⅰ中要至少含有四个甲酸锂基团。


2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述结构式Ⅰ如下：





3.一种电解液，包括锂盐、溶剂和锂盐添加剂，其特征在于，所述添加剂包括如权利要求1所述的电解液添加剂。


4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂的质量占所述锂盐和所述溶剂的总质量的质量百分数为0.1％-5.0％。


5.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂。


6.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5M～1.5M。


7.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述溶剂选自链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾荣华，李健辉，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44