本发明专利技术公开了一种高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂包括至少一种具有特定结构的咪唑盐类化合物或具有特定结构的异氰脲酸酯类化合物。本发明专利技术还公开了包括正极片、隔离膜、负极片和该高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液的锂离子电池。本发明专利技术的电解液中的咪唑盐类添加剂能参与负极成膜，改善负极动力学性能和热力学性能，所形成的钝化膜阻抗低；异氰脲酸酯类添加剂能够在高电压条件下，在正极材料界面优先氧化分解形成钝化膜，避免高电压下碳酸酯类溶剂的氧化分解；氟氰酯类物质作为溶剂，能够更好的拓宽电解液的电化学窗口。
【技术实现步骤摘要】
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非水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。随着智能手机的智能化和多样化，人们对手机的使用频率越来越高，因此要求手机具有更多的电量，更轻的质量，以及能够快速充电的性能。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。同样的，负极界面形貌的好坏，同样严重影响着电池的快速充电性能，因此需要添加剂能够在负极还原形成的钝化膜具有更加优良的性能，更好的动力学特性。因此，需要开发新型成膜添加剂，能够正极成膜和/或负极成膜，保护正极材料，降低负极界面阻抗，抑制溶剂还原等。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足之处，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及锂离子电池，该电解液中具有特定结构的咪唑盐添加剂能够负极还原成膜，抑制溶剂的还原分解，改善负极界面动力学性能；具有特定结构的异氰脲酸酯类添加剂具有一定的正极氧化成膜作用，对正极材料具有一定的保护作用；具有特定结构的氟氰酯类物质作为溶剂，能够更好的拓宽电解液的电化学窗口。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂包括至少一种具有式(Ⅰ)结构的咪唑盐类化合物或具有式(Ⅱ)结构的异氰脲酸酯类化合物：其中，R1分别独立地选自芳香基、取代或未取代的烃基；R2、R3和R4分别独立地选自芳香基、烷基、烯基和炔基。更优选地，所述咪唑盐类化合物选自具有以下结构的化合物中的至少一种：更优选地，所述异氰脲酸酯类化合物选自具有以下结构的化合物中的至少一种：优选地，所述咪唑盐类化合物在高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为1％～5％；所述异氰脲酸酯类化合物在高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为0.5％～3.0％。优选地，所述添加剂还包括常规添加剂，所述常规添加剂选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、丁二腈、己二腈(AND)、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、硫酸乙烯酯、三(三甲基)硅烷硼酸酯和三(三甲基)磷烷硼酸酯中的一种或多种，所述常规添加剂在高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为15.0％～25.0％。优选地，所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和二氟磷酸锂中的一种或多种，所述电解质锂盐在高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为12.5％～18.0％。本专利技术中，所述非水有机溶剂可选自碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂、氟代碳酸酯类溶剂、氟代羧酸酯类溶剂、氟代醚类溶剂和氟氰酯类溶剂。优选地，所述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)和氟氰酯类化合物的混合物；所述氟氰酯类化合物在高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的质量百分含量优选为5.0％～20.0％。优选地，所述氟氰酯类化合物具有式(Ⅲ)所示的结构：其中，R5选自碳原子数小于4的烷基和氟代烷基中的任意一种。更优选地，所述氟氰酯类化合物选自具有以下结构的化合物中的至少一种：本专利技术还公开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括正极片、隔离膜、负极片和本专利技术的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液。优选地，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4.1～4.45g/cm3；所述负极片的负极活性物质中部分为硅基材料，其中包括氧化硅、氧化亚硅、单质硅材料等，所述负极片的压实密度为1.6～1.8g/cm3。进一步地，所述高电压钴酸锂锂离子电池充电截止电压为4.48V。与现有技术相比，本专利技术的优点为：1、本专利技术的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的咪唑盐类添加剂能参与负极成膜，改善负极动力学性能和热力学性能，所形成的钝化膜阻抗低；异氰脲酸酯类添加剂能够在高电压条件下，在正极材料界面优先氧化分解形成钝化膜，避免高电压下碳酸酯类溶剂的氧化分解；氟氰酯类物质作为溶剂，能够更好的拓宽电解液的电化学窗口。2、本专利技术中的常规添加剂价格低廉，且具有较好的负极还原成膜作用。3、本专利技术通过优化电解液配方，特别是咪唑盐类添加剂和/或异氰脲酸酯类添加剂与常规添加剂、氟氰酯类溶剂联合使用，协同作用，使咪唑盐类添加剂或异氰脲酸酯类添加剂能够更好的在正负极材料界面发生分解反应，生成多组分钝化膜，抑制溶剂的氧化还原分解，对正负极的保护具有更好的效果，从而可以进一步提升高电压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。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。实施例和对比例中的咪唑盐类添加剂表征如下：化合物(1)结构为：化合物(2)结构为：化合物(3)结构为：实施例和对比例中的异氰脲酸酯添加剂表征如下：化合物(4)结构为：化合物(5)结构为：化合物(6)结构为：实施例和对比例中的氟氰酯类化合物表征如下：化合物(7)结构为：化合物(8)结构为：化合物(9)结构为：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(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)和化合物(7)按质量比为EC：PC：EP：PP：化合物(7)＝15：10：40：25：10进行混合，得到混合溶液，然后向混合溶液中缓慢加入占电解液总质量13.5％的六氟磷酸锂(LiPF6)、占电解液总质量1.0％的二氟磷酸锂(LiPO2F2)、占电解液总质量1.5％的双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，接着加入占电解液总质量5.0％的化合物(1)，搅拌均匀后得到实施例1的锂离子电池电解液。实施例2-9实施例2-9也是电解液制备的具体实施例，除了电解液各本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括至少一种具有式(Ⅰ)结构的咪唑盐类化合物或具有式(Ⅱ)结构的异氰脲酸酯类化合物：/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，包括非水有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括至少一种具有式(Ⅰ)结构的咪唑盐类化合物或具有式(Ⅱ)结构的异氰脲酸酯类化合物：
其中，R1分别独立地选自芳香基、取代或未取代的烃基；R2、R3和R4分别独立地选自芳香基、烷基、烯基和炔基。
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，所述咪唑盐类化合物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所述的高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述异氰脲酸酯类化合物选自具有以下结构的化合物中的至少一种：
4.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，所述咪唑盐类化合物在高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为1％～5％；所述异氰脲酸酯类化合物在高电压钴酸锂锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为0.5％～3.0％。
5.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，所述添加剂还包括常规添加剂，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...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘立宁，黄慧聪，王建斌，刘杨，朱学全，
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
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