一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的三元锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的三元锂离子电池。所述三元锂离子电池非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂。所述成膜添加剂含有式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物中的至少一种和二氟磷酸锂。本发明专利技术中的磷系添加剂能够抑制LiPF

【技术实现步骤摘要】
一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的三元锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体是涉及一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的三元锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其质量轻、体积小、能量密度高，循环寿命长、输出功率大和环境污染小等优势广泛应用于移动电话，照相机以及笔记本电脑等数码3C产品中。目前，实验发现锂离子电池在高温充放电循环和高温存储的过程中，电解液的正极材料表面的氧化分解反应加重，电解液的氧化分解产物不断的在正极表面沉积，导致正极表面的阻抗不断增加，从而导致电池性能的衰减。特别是当三元正极材料中的镍含量比较高时，正极材料的表面活性更高，材料中的Ni3+会进一步的促进有机溶剂氧化分解，形成的副产物LiF等无机物附着在正极材料表面，随着循环的增加，正极表面钝化层逐渐增厚，从而导致正极表面阻抗增大。此外，提高锂离子电池的充电电压会进一步的加剧正极材料金属离子的溶出，溶出的金属离子不仅会催化电解液的进一步分解，还会破坏负极的SEI钝化层。尤其是在长时间的高温存储或高温循环的过程中，正极金属离子的溶出会更加严重，从而导致电池的性能迅速衰减。为了抑制因正极金属离子溶出及电解液的分解导致的电池性能的衰减，可以在电解液中添加正负极成膜添加剂。现在锂离子电池领域添加的成膜添加剂主要是1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)，碳酸亚乙烯酯(VC)等，但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。
技术实现思路
为了克服上述
技术介绍
的不足，本专利技术开发了新型添加剂，提供了一种三元锂离子电池非水电解液。本专利技术的电解液添加剂具有良好的正极成膜性能，可有效解决正极金属离子溶出的问题，改善三元锂离子电池的常温循环性能、高温循环性能和高温储存性能。为达到本专利技术的目的，本专利技术的新型正极成膜添加剂为式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物：其中，R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烯基、炔基、含氟烷基、苯基和氟代苯基。进一步地，所述具有式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物选自化合物1-6中的一种或多种：另一方面，本专利技术还提供了一种三元锂离子电池非水电解液，所述电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，所述成膜添加剂含有二氟磷酸锂和前述式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物。优选地，所述式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物的添加量占所述电解液总质量的0.5％～1.0％。进一步地，所述成膜添加剂中还含有负极成膜添加剂，所述负极成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(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-丙稀磺酸内酯(1,3-PST)、亚硫酸乙烯酯(ES)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)和甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)中的一种或多种。优选地，所述负极成膜添加剂中包含碳酸亚乙烯酯(VC)和1,3-丙烷磺酸内酯(PS)，任选的，所述负极成膜添加剂中还包含三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)。更优选地，所述负极成膜添加剂中包含占电解液总质量0.3％～0.6％的碳酸亚乙烯酯(VC)和占电解液总质量0.3％～0.6％的1,3-丙烷磺酸内酯(PS)，任选的，所述负极成膜添加剂中还包含电解液占总质量1.8％～2.2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)。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中的一种或一种以上的混合锂盐。优选地，所述电解质锂盐为占所述电解液总质量12.0％～13.0％的六氟磷酸锂和占所述电解液总质量0.8％～1.2％的二氟磷酸锂的混合锂盐，任选的，所述电解质锂盐中还包含占所述电解液总质量1.8％～2.2％的双氟磺酰亚胺锂。本专利技术中，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯与链状碳酸酯，所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种，所述链状酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯和甲基三氟乙基碳酸酯中的一种或多种。优选地，所述环状碳酸酯的添加量占所述电解液总质量的20.0％～45.0％。再一方面，本专利技术还提供了一种三元锂离子电池，该三元锂离子电池包括阴极极片、阳极极片、置于阴极极片与阳极极片之间的隔离膜和本专利技术所述的三元锂离子电池电解液。进一步的，所述阴极极片包括铝箔集流体和阴极膜片，所述阳极极片包括铜箔集流体和阳极膜片。优选地，所述阴极膜片包括阴极活性物质、导电剂和粘结剂，所述阳极膜片包括阳极活性物质、导电剂和粘结剂。更优选地，所述三元锂离子电池的阳极活性物质为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，阴极活性物质为人造石墨。优选地，所述三元锂离子电池的上限截止电压大于或等于4.2V或4.35V。本专利技术的优点在于：1.本专利技术中负极成膜添加剂(尤其是三(三甲基硅基)硼酸酯)优先于溶剂在负极材料表面还原，形成优良的界面保护膜，减少了电极材料与电解液的反应；同时，所形成的固体电解质膜阻抗低，有利于改善锂离子电池内部动力学特性；2.本专利技术中具有式(Ⅰ)结构所示的磷系添加剂，能够抑制LiPF6分解为LiF，并且该添加剂中的磷呈正3价且带有一对孤电子对，所以容易失去一个电子被氧化，从而在正极材料表面形成一层界面保护膜，减少了电解液的氧化分解，抑制了正极金属离子的溶出，有利于改善电池的高温循环性能及高温存储性能；3.本专利技术中还添加了具有低阻抗特性的新型导电锂盐双氟磺酰亚胺锂和二氟磷酸锂，相比较单独使用LiPF6，本专利技术组合使用多种新型成膜锂盐，有利于改善动力电池高低温性能、倍率性能和长循环性能。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。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。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。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”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。本专利技术要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型正极成膜添加剂，其特征在于，所述新型正极成膜添加剂为式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物：/n

【技术特征摘要】
1.一种新型正极成膜添加剂，其特征在于，所述新型正极成膜添加剂为式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物：



其中，R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烯基、炔基、含氟烷基、苯基和氟代苯基。


2.根据权利要求1所述的新型正极成膜添加剂，其特征在于，所述具有式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物选自化合物1-6中的一种或多种：





3.一种三元锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，所述成膜添加剂含有二氟磷酸锂和权利要求1-2任一项所述式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物。


4.根据权利要求3所述的三元锂离子非水电解液，其特征在于，所述式(Ⅰ)结构所示的磷系化合物的添加量占所述电解液总质量的0.5％～1.0％。


5.根据权利要求3所述的三元锂离子非水电解液，其特征在于，所述成膜添加剂中还含有负极成膜添加剂，所述负极成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙稀磺酸内酯、亚硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯和甲烷二磺酸亚甲酯中的一种或多种；优选地，所述负极成膜添加剂中包含碳酸亚乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯，任选的，所述负极成膜添加剂中还包含三(三甲基硅烷)硼酸酯；更优选地，所述负极成膜添加剂中包含占电解液总质量0.3％～0.6％的碳酸亚乙烯酯和占电解液总质量0.3％～0.6％的1,3-丙烷磺酸内酯，任选的，所述负极成膜添加剂中还包含电解液占总质量1.8％～2.2％的三(三甲基硅烷)硼酸酯。

【专利技术属性】
技术研发人员：钟婷婷，朱学全，郭力，黄慧聪，潘立宁，
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