一种高电压锂离子电池用非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于电池技术领域，公开了一种高电压锂离子电池用非水电解液及锂离子电池。本发明专利技术的高电压锂离子电池用非水电解液包括非水有机溶剂、电解质、成膜添加剂，其中成膜添加剂中含有负极成膜添加剂和结构式1所示含氟磷酸酯类添加剂。该电解液中，结构式1所示的含氟磷酸酯类化合物HOMO能量高于碳酸乙烯酯，在三元材料表面优先发生氧化反应形成稳定致密的CEI膜，减少了电解液在电极表面的氧化反应；同时在负极表面且形成的阻抗较小的界面膜可改善电池内部的动力学特性，提升循环寿命；负极成膜添加剂如硫酸乙烯酯优先在负极表面还原分解形成优良的固体电解质膜，丰富了SEI膜化学组成，调节阻抗，改善了电池的高低温性能、倍率性能、存储性能。存储性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压锂离子电池用非水电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体是涉及一种高电压锂离子电池用非水电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着科技进步，人们对生活环境质量要求的不断提高，而化石能源的日益枯竭和消耗等带来的环境污染问题也越发严重，清洁可再生新能源的研究开发成为当务之急。目前已有大量新能源被开发使用，如太阳能、风能、潮汐能和地热能等，但这些能源在时间和空间上受限，需要适当的转换和存储才能使用。
[0003]锂离子电池作为一种绿色环保高能电池，是目前世界上最为理想也最具有潜力的可充电电池。相比于其他电池，其具备无记忆效应、可快速充放电、能量密度高、循环寿命长和无环境污染等一系列优点，因此广泛应用于小型电子设备，如笔记本电脑、摄像机、手机、电子手表等。随着纯电动汽车、混合动力汽车及便携式储能设备等对锂离子电池容量要求的不断提高，人们期待研发具有更高能量密度、功率密度的锂离子电池来实现长久续航及储能。提高工作电压可提升锂离子电池的能量密度，但普通电解液在高电压下的氧化分解，限制了高电压锂离子电池的发展。因此，需要开发耐高压的电解液。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了针对上述
技术介绍
的需求，提供了一种高电压锂离子电池用非水电解液，有效解决了高电压锂离子二次电池的高温产气和安全性问题。
[0005]为达到本专利技术的目的，本专利技术的高电压锂离子电池用非水电解液包括非水有机溶剂、电解质、成膜添加剂，其中成膜添加剂中含有负极成膜添加剂和结构式1所示含氟磷酸酯类添加剂：
[0006][0007]结构式1中，R1、R2、R3各自独立选自氢原子、氧原子、碳原子、氮原子、硫原子、磷原子、氟原子或被氢原子、氧原子、碳原子、氮原子、硫原子、磷原子、氟原子取代的碳原子数1～10的有机基团，且R1、R2、R3中至少含一个氟原子；所述负极成膜添加剂为1,2-二-(2-氰乙氧基)乙烷(DENE)、1,3,6-己烷三腈(HTCN)、丁二腈(SN)、己二腈(AND)、乙烯基碳酸亚乙烯酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、丙烯磺酸内酯(PST)、丁烯磺酸内酯(BS)、甲烷二磺酸乙烯酯(MMDS)、硫酸乙烯酯(DTD)中的至少两种。
[0008]优选地，所述结构式1所示含氟磷酸酯类添加剂为化合物M1、化合物M2、化合物M3、
化合物M4、化合物M5、化合物M6、化合物M7中的一种或多种：
[0009][0010][0011]优选地，所述结构式1所示含氟磷酸酯类添加剂在非水电解液中的质量百分比为0.1％-10％，更优选为0.5％-4％。
[0012]本专利技术中，所述非水有机溶剂的选择范围很广，可选自环状碳酸酯、氟取代的环状碳酸酯、链状碳酸酯、氟取代的链状碳酸酯、链状羧酸酯、含硫有机溶剂、氟代醚类溶剂中的一种或多种。其中，所述环状碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯中的一种或多种；所述氟取代的环状碳酸酯类溶剂为氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟碳酸乙烯酯、1,1-二氟碳酸乙烯酯、1,1,2-三氟碳酸乙烯酯、四氟碳酸乙烯酯、1-氟-2-甲基碳酸乙烯酯、1-氟-1-甲基碳酸乙烯酯、1,2-二氟-1-甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯类
溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二正丙酯中的一种或多种；所述氟取代的链状碳酸酯为碳酸双(氟甲基)酯、碳酸双(二氟甲基)酯、碳酸双(三氟甲基)酯、碳酸双(2-氟乙基)酯、碳酸双(2,2-二氟乙基)酯、碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯、碳酸2-氟乙基甲基酯、碳酸2,2-二氟乙基甲基酯、碳酸2,2,2-三氟乙基甲基酯中的一种或多种；所述链状羧酸酯类溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、丁酸甲酯中的一种或多种；所述含硫有机溶剂为环丁砜、2-甲基环丁砜、3-甲基环丁砜、二乙基砜、甲乙基砜、甲丙基砜以及这些含硫化合物的部分氢被氟取代而成的化合物中的一种或多种；所述氟代醚类溶剂为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙基醚中的一种或多种。
[0013]本专利技术中，所述电解质并无限制，只要是在目标的非水电解质二次电池中作为电解质使用的物质即可，可以任意使用公知的电解质。将本专利技术的非水电解液用于所述高电压锂离子电池的情况下，通常使用锂盐作为电解质，其中优选六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂，更优选六氟磷酸锂。
[0014]进一步地，所述电解质在非水电解液中的质量百分含量为10～15％。
[0015]另一方面，本专利技术还提供了一种高电压锂离子电池，所述电池包括正极、负极、隔膜和本专利技术前述高电压锂离子电池用非水电解液。
[0016]进一步地，所述正极的活性物质为LiNi
1-x-y
Co
x
Mn
y
Al
z
、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、富锰基固溶体中的一种或几种，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z≤1；所述负极材料为天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅碳负极、硅负极中的一种或几种。
[0017]进一步地，所述锂离子电池的上限截止电压为4.2-5V。
[0018]本专利技术的电解液中，结构式1所示的含氟磷酸酯类化合物HOMO能量高于碳酸乙烯酯，在三元材料表面优先发生氧化反应形成稳定致密的CEI膜，减少了电解液在电极表面的氧化反应；同时在负极表面且形成的阻抗较小的界面膜可改善电池内部的动力学特性，提升循环寿命；负极成膜添加剂如硫酸乙烯酯优先在负极表面还原分解形成优良的固体电解质膜，丰富了SEI膜化学组成，调节阻抗，可改善电池的高低温性能、倍率性能、存储性能。
具体实施方式
[0019]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。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。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。
[0020]本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0021]当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开
了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述高电压锂离子电池用非水电解液包括非水有机溶剂、电解质、成膜添加剂，其中成膜添加剂中含有负极成膜添加剂和结构式1所示含氟磷酸酯类添加剂：结构式1中，R1、R2、R3各自独立选自氢原子、氧原子、碳原子、氮原子、硫原子、磷原子、氟原子或被氢原子、氧原子、碳原子、氮原子、硫原子、磷原子、氟原子取代的碳原子数1～10的有机基团，且R1、R2、R3中至少含一个氟原子；所述负极成膜添加剂为1,2-二-(2-氰乙氧基)乙烷(DENE)、1,3,6-己烷三腈(HTCN)、丁二腈(SN)、己二腈(AND)、乙烯基碳酸亚乙烯酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、丙烯磺酸内酯(PST)、丁烯磺酸内酯(BS)、甲烷二磺酸乙烯酯(MMDS)、硫酸乙烯酯(DTD)中的至少两种。2.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示含氟磷酸酯类添加剂为化合物M1、化合物M2、化合物M3、化合物M4、化合物M5、化合物M6、化合物M7中的一种或多种：
3.根据权利要求1或2所述的高电压锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示含氟磷酸酯类添加剂在非水电解液中的质量百分比为0.1％-10％，优选为0.5％-4％。4.根据权利要求1或2任一项所述的高电压锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂选自环状碳酸酯、氟取代的环状碳酸酯、链状碳酸酯、氟取代的链状碳酸酯、链状羧酸酯、含硫有机溶剂、氟代醚类溶剂中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的高电压锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯中的一种或多种；所述氟取代的环状碳酸酯类溶剂为氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟碳酸乙烯酯、1,1-二氟碳酸乙烯酯、1,1,2-三氟碳酸乙烯酯、四氟碳酸乙烯酯、1-氟-2-甲基碳酸乙烯酯、1-氟-1-甲基碳酸乙烯酯、1,2-二氟-1-甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二正丙酯中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建斌，杨艳茹，黄慧聪，朱学全，郭力，
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：