一种高电压钴酸锂锂离子电池电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液及锂离子电池。本发明专利技术的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包含常规添加剂和具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂。本发明专利技术电解液中的腈类添加剂能够正极成膜，抑制正极材料中金属离子(钴离子)的溶出，同时该添加剂中氰基中的N元素上含有孤电子对，能够与正极材料中溶出的钴离子进行鳌合，避免金属离子迁移到负极石墨界面催化电解液的还原分解，从而起到提高锂离子电池电化学性能的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压钴酸锂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
，具体涉及一种高电压钴酸锂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。现如今轻薄和高能量密度逐渐成为电池发展的趋势，尤其是对于3C数码产品而言。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，如商业化的钴酸锂锂离子电池电压从4.2V→4.35V→4.4V→4.45V→4.48V→4.5V。然而，正极材料在高电压下会存在一定的缺陷，如高电压正极活性材料在缺锂状态时具有很强的氧化性，电解液很容易被氧化分解，产生大量的气体和热量；此外，高电压正极活性材料在缺锂状态时自身也很不稳定，易发生一些副反应，如释放氧、过渡金属离子溶出等。因此，需要开发新型成膜添加剂，特别是能够正极成膜，保护正极材料的添加剂。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足与需求，本专利技术提供了一种高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，该电解液中所述的腈类添加剂能够正极成膜，抑制正极材料中金属离子(钴离子)的溶出，同时该添加剂中氰基中的N元素上含有孤电子对，能够与正极材料中溶出的钴离子进行鳌合，避免金属离子迁移到负极石墨界面催化电解液的还原分解，从而提高电池的电化学性能。为了实现上述目的，本专利技术的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中包含非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包含常规添加剂和具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂：<br>其中，R1和R2分别独立地选自氢原子、烷基和氟代烷基中的任意一种，所述烷基和氟代烷基中碳原子数小于4，碳链可为直链，也可为支链；所述常规添加剂选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、丁二腈、己二腈(ADN)、1,3,6-己烷三腈、1,2-双(氰乙氧基)乙烷(DENE)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯、乙烯基碳酸亚乙烯酯和硫酸乙烯酯(DTD)中的一种或多种。进一步地，所述具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂选自化合物(1)-化合物(3)中的一种或多种：优选地，所述具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂的含量占电解液总质量的0.5～1.0％，例如0.5％、1.0％。进一步地，所述常规添加剂的添加量占电解液总质量的15.0％～20.0％。优选地，当包含所述常规添加剂时，所述氟代碳酸乙烯酯的添加量占电解液总质量的3.0％～10.0％；所述1,3-丙烷磺酸内酯的添加量占电解液总质量的2.0～6.0％；所述丁二腈和己二腈的添加量占电解液总质量的1.5％～3.0％，所述1,3,6-己烷三腈和1,2-双(氰乙氧基)乙烷的添加量占电解液总质量的0.5％～1.5％。更优选地，所述常规添加剂为占电解液总质量7.0％的氟代碳酸乙烯酯、占电解液总质量5.0％的1,3-丙烷磺酸内酯、占电解液总质量3.0％的己二腈和占电解液总质量1.5％的1,2-双(氰乙氧基)乙烷；或为占电解液总质量7.0％的氟代碳酸乙烯酯、占电解液总质量5.0％的1,3-丙烷磺酸内酯、电解液总质量3.0％的己二腈、占电解液总质量1.5％的1,2-双(氰乙氧基)乙烷和占电解液总质量2.0％的硫酸乙烯酯。进一步地，所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、二氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或多种，优选为六氟磷酸锂和二氟磺酰亚胺锂的混合锂盐。更进一步地，所述电解质锂盐的添加量占电解液总质量的14.0～18.0％；优选地，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂和二氟磺酰亚胺锂的混合锂盐，所述六氟磷酸锂的添加量占电解液总质量的14.5～16％，所述二氟磺酰亚胺锂的添加量占电解液总质量的1.0％～3.0％。本专利技术中，所述非水有机溶剂选自碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂、氟代碳酸酯类溶剂、氟代羧酸酯类溶剂和氟代醚类溶剂。进一步地，所述碳酸酯类溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯；其中所述环状碳酸酯溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种；所述羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸正丙酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯中的一种或多种。更进一步地，所述非水有机溶剂中包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯；优选地，所述非水有机溶剂中碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯的质量比为20：10：25：20：25。另一方面，本专利技术还提供了一种高电压钴酸锂锂离子电池，所述高电压钴酸锂锂离子电池包含由正极片、隔离膜和负极片通过叠片或卷绕形成的电芯，以及本专利技术前述高电压钴酸锂锂离子电池电解液，其中，所述正极片的正极活性物质为钴酸锂活性材料，所述正极片的压实密度为4.1～4.4g/cm3。进一步地，所述负极片的负极活性物质为人造石墨、天然石墨或复合石墨，所述负极片的压实密度为1.5～1.8g/cm3。与现有技术相比，本专利技术的优点主要在于：本专利技术中具有式(Ⅰ)结构的不饱和腈类添加剂在4.5VvsLi+/Li左右在正极钴酸锂材料界面发生氧化分解反应，生成一层钝化膜，对正极材料起到保护作用；同时该类添加剂含有氰基团，而氰基团上的N原子具有孤电子对，能够与正极材料中溢出的钴离子进行鳌合，避免金属离子在负极界面催化电解液的分解。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”、“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。单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。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“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。实施例1电解液的制备：在充满氩气的手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，所述电解液中包含非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂中包含常规添加剂和具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂：/n

【技术特征摘要】
1.一种高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，所述电解液中包含非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂中包含常规添加剂和具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂：



其中，R1和R2分别独立地选自氢原子、烷基和氟代烷基中的任意一种，所述烷基和氟代烷基中碳原子数小于4，碳链可为直链，也可为支链；所述常规添加剂选自氟代碳酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、1,3,6-己烷三腈、1,2-双(氰乙氧基)乙烷、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、乙烯基碳酸亚乙烯酯和硫酸乙烯酯中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂选自化合物(1)-化合物(3)中的一种或多种：



优选地，所述具有式(Ⅰ)结构的腈类添加剂的含量占电解液总质量的0.5～1.0％，例如0.5％、1.0％。


3.根据权利要求1所述的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述常规添加剂的添加量占电解液总质量的15.0％～20.0％；优选地，当包含所述常规添加剂时，所述氟代碳酸乙烯酯的添加量占电解液总质量的3.0％～10.0％；所述1,3-丙烷磺酸内酯的添加量占电解液总质量的2.0～6.0％；所述丁二腈和己二腈的添加量占电解液总质量的1.5％～3.0％，所述1,3,6-己烷三腈和1,2-双(氰乙氧基)乙烷的添加量占电解液总质量的0.5％～1.5％。


4.根据权利要求1或3所述的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述常规添加剂为占电解液总质量7.0％的氟代碳酸乙烯酯、占电解液总质量5.0％的1,3-丙烷磺酸内酯、占电解液总质量3.0％的己二腈和占电解液总质量1.5％的1,2-双(氰乙氧基)乙烷；或为占电解液总质量7.0％的氟代碳酸乙烯酯、占电解液总质量5.0％的1,3-丙烷磺酸内酯、电解液总质量3.0％的己二腈、占电解液总质量1.5％的1,2-双(氰乙氧基)乙烷和占电解液总质量2.0％的硫酸乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘立宁，黄慧聪，朱学全，郭力，周小华，
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