一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液，属于锂离子电池技术领域。所述电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂；其中，所述添加剂包括硼酸酯类化合物添加剂A和常规成膜添加剂。本发明专利技术所述电解液采用硼酸酯类化合物作为添加剂，双氟代磺酰亚胺锂作为主盐，改善了高镍/石墨体系锂离子电池在60℃极端条件下的高温循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液
本专利技术属于锂离子电池
，更具体地，涉及一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液。
技术介绍
随着纯电动汽车(EVs)及混合电动汽车(HEVs)的快速发展，人们对锂离子电池(LIBs)的能量密度、循环寿命以及安全性要求不断提高。然而，在传统电解液体系中，三元正极材料在超高温下会发生剧烈的结构变化和界面副反应，给实际应用带来巨大挑战，尤其是高镍三元材料的循环寿命和安全性。目前的解决方法主要有两种：一种方法是对三元正极材料进行改性，如离子掺杂、材料表面包覆等。另一种方法是开发新的电解液。对比中国专利申请CN107240717A高温电解液及锂离子电池，其采用硼酸酯类化合物作为电解液添加剂，六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，改善电解液的高温性能，但是由于六氟磷酸锂的热稳定性差，该电解液并不适用于超高温(60℃)条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液，本专利技术所述电解液采用硼酸酯类化合物作为添加剂，双氟代磺酰亚胺锂(LiFSI)作为主盐，改善了高镍/石墨体系锂离子电池在60℃极端条件下的高温循环性能。为了实现上述目的，本专利技术提供一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液，所述电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂；其中，所述添加剂包括硼酸酯类化合物添加剂A和常规成膜添加剂；所述硼酸酯类化合物添加剂A的结构式如式Ⅰ所示：其中，R1、R2、R3、R4分别独立选自氢原子，卤素原子，C1-C12直链或支链烷基，C1-C12直链或支链烷氧基，氨基，C2-C12直链或支链烯基，C2-C12直链或支链炔基，以及被卤素原子取代的C1-C12直链或支链烷基、被卤素原子取代的C1-C12直链或支链烷氧基、氨基、被卤素原子取代的C2-C12直链或支链烯基、被卤素原子取代的C2-C12直链或支链炔基中的任意一种；R5选自C2-C12直链或支链烯基、C2-C12直链或支链炔基，以及被卤素原子取代的C2-C12直链或支链烯基、C2-C12直链或支链炔基中的任意一种。优选地，R1、R2、R3、R4分别独立选自C1-C3直链或支链烷基；R5选自C2-C4直链或支链烯基、C2-C4直链或支链炔基中的任意一种。优选地，所述硼酸酯类化合物添加剂A选自A1和A2中的至少一种，其中，A1和A2的结构式如下：优选地，所述硼酸酯类化合物添加剂A占电解液总质量的0.1～3％。优选地，所述常规成膜添加剂选自二氟磷酸酯(LiPO2F2)、硫酸乙烯酯(DTD)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)和亚硫酸丙烯酯(PS)中的至少一种。优选地，所述常规成膜添加剂占电解液总质量的3～5％。优选地，所述电解质锂盐为双氟代磺酰亚胺锂(LiFSI)和六氟磷酸锂(LiPF6)的混合物；其中，双氟代磺酰亚胺锂(LiFSI)作为主盐。进一步优选地，所述双氟代磺酰亚胺锂盐(LiFSI)占电解液总质量的8～12％，六氟磷酸锂(LiPF6)占电解液总质量的0.5～3％。优选地，所述非水性有机溶剂选自碳酸酯类化合物中的至少一种。所述碳酸酯类化合物包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，其中，环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)，链状碳酸酯包括碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)。进一步优选地，所述非水性有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合物；其中，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的质量比为2～3：0.2～0.7：5.5～6.5：0.8～1.2。本专利技术所述高镍/石墨体系锂离子电池电解液的制备方法如下：配制溶剂，将电解质锂盐加入溶剂中混合均匀，加入常规成膜添加剂，最后加入硼酸酯类化合物添加剂A混合均匀，即得到所述的电解液。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术所述电解液采用的硼酸酯类化合物添加剂A具有更加稳定的化学结构和物理性质，添加剂A中的碳碳双键可以在正、负极表面发生还原和氧化，生成稳定的界面膜(SEI/CEI)，抑制了高温条件下电解液与电极界面的副反应。同时，由于添加剂A中的硼酸酯基团是一种阴离子受体，B的空p轨道处于缺电子态，使得其显酸性，可以络合PF6-或F-，提高Li+迁移数，降低电极表面LiF的含量，从而，有效地缓解了因添加剂A中碳碳双键导致的电池阻抗过大的问题。此外，本专利技术所述电解液使用双氟代磺酰亚胺锂(LiFSI)作为主盐，提高了锂盐的热稳定性。因此，本专利技术所述的电解液改善了高镍/石墨体系锂离子电池在60℃极端条件下的高温循环和高温搁置性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。图1示出了实施例1～10和对比例1中电池循环容量保持率。图2示出了实施例1～10和对比例1中电池阻抗图谱。具体实施方式下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例1本实施例用于说明本专利技术所述的高镍/石墨体系锂离子电池电解液。电解液的配制：在露点为-50℃的干燥间中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)质量比为2.5：0.5：6：1进行混合，然后向溶液中缓慢加入基于电解液总质量12wt％的双氟代磺酰亚胺锂(LiFSI)和0.5wt％的六氟磷酸锂(LiPF6)，基于电解液总质量1wt％的二氟磷酸酯(LiPO2F2)、0.5wt％硫酸乙烯酯(DTD)、0.2wt％氟代碳酸乙烯酯(FEC)、0.3wt％碳酸亚乙烯酯(VC)和1wt％亚硫酸丙烯酯(PS)，最后加入基于电解液总质量0.1wt％的具有式Ⅰ所示结构的硼酸酯类化合物添加剂A(添加剂A的具体选择参见表1)，搅拌均匀后得到实施例1的锂离子电池电解液。软包电池的制备：将制得的正极片、隔膜、负极片按顺序叠好，使隔膜处于正负极片中间，卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装中，将上述制备的电解液注入到干燥后的电池中，静置、化成、分容，完成锂离子软包电池的制备。实施例2～10及对比例1实施例2～10以及对比例1除电解液组分与实施例1不同外，其他均相同，具体见表1。表1实施例1～10及对比例1中各物质及用量对实施例1～10与对比例1制得的软包全电池进行如下性能测试：(1)高温循环性能测试：在60℃下，将分容后的电池按1C恒流恒压充至4.2V，截止电流0.05C，然后按1C恒流放电至3V，依此循环，放电容量保持率小于等于初次放电容量80％停止测试，容量保持率计算公式如下：容量保持率(％)＝(循环放电容量/首次循环放电容量)×100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂；其中，所述添加剂包括硼酸酯类化合物添加剂A和常规成膜添加剂；所述硼酸酯类化合物添加剂A的结构式如式Ⅰ所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种高镍/石墨体系锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂；其中，所述添加剂包括硼酸酯类化合物添加剂A和常规成膜添加剂；所述硼酸酯类化合物添加剂A的结构式如式Ⅰ所示：



其中，R1、R2、R3、R4分别独立选自氢原子，卤素原子，C1-C12直链或支链烷基，C1-C12直链或支链烷氧基，氨基，C2-C12直链或支链烯基，C2-C12直链或支链炔基，以及被卤素原子取代的C1-C12直链或支链烷基、被卤素原子取代的C1-C12直链或支链烷氧基、氨基、被卤素原子取代的C2-C12直链或支链烯基、被卤素原子取代的C2-C12直链或支链炔基中的任意一种；R5选自C2-C12直链或支链烯基、C2-C12直链或支链炔基，以及被卤素原子取代的C2-C12直链或支链烯基、C2-C12直链或支链炔基中的任意一种。


2.根据权利要求1所述的高镍/石墨体系锂离子电池电解液，其特征在于，R1、R2、R3、R4分别独立选自C1-C3直链或支链烷基；R5选自C2-C4直链或支链烯基、C2-C4直链或支链炔基中的任意一种。


3.根据权利要求2所述的高镍/石墨体系锂离子电池电解液，其特征在于，所述硼酸酯类化合物添加剂A选自A1和A2中的至少一种，其中，A1和A2的结构式如下：





4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛宝光，王世力，周云瞻，唐宏武，屈国莹，
申请(专利权)人：荣盛盟固利新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11