一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池；包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，有机溶剂包括二硅氧烷类化合物和链状碳酸酯类有机溶剂、环状碳酸酯类有机溶剂或羧酸酯类有机溶剂中的一种或多种；通过锂离子电池非水电解液的设计以解决现有技术中存在的单纯的碳酸酯类有机溶剂，虽然能够还原形成钝化膜，但是形成的钝化膜阻抗大，低温性能差，不利于锂离子的导通，在长循环过程中会不断的分解和重组，影响动力电池性能的技术问题。影响动力电池性能的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，被广泛的研究与应用。为了提高能量密度，可通过提高电池的工作电压和寻找能量密度高的正负极材料如高镍三元材料和硅碳材料实现，而为了进一步提高能量密度，高镍三元正极材料搭配硅碳负极成为必然选择。随着三元材料LiNi1
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x
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y
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zCoxMnyAlzO2(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z≤1)中镍含量的增加，其克容量也逐渐增加。然而，一方面镍含量增多在充放电过程中易发生阳离子混排现象，正极中的过渡金属离子也会在反应中脱离晶格进入电解液，催化电解液的氧化分解，损坏电极材料表面的钝化膜，从而影响其使用寿命；另一方面，高镍三元材料存在自身释氧情况，高温环境加速了电池内部金属离子、活泼氢对电池体系的破坏，极易引起电池气胀、热失控等问题。再者，高镍材料制备过程中对环境和工艺要求很高，电池体系中的微量水分难以去除，降低了电池的循环寿命，尤其是搭配容易发生体积膨胀的硅碳负极后，高低温性能和循环寿命很难兼顾。对于负极硅基材料如硅碳，虽然具有更好的能量密度，但是其自身在充放电过程中容易膨胀，导致负极界面钝化膜的裂解和重组，源源不断的消耗锂离子，造成电池容量快速衰减。在锂离子电池商业化的负极材料中，主要以人造石墨、天然石墨和复合石墨为主，虽然硅基材料具有更大的克容量，但是由于其在脱嵌锂过程中，自身膨胀过大，会造成壳体破裂，同时造成负极界面钝化膜的裂解和重组，锂离子不断被消耗，导致电池容量衰减和使用寿命缩短，以上缺点限制了硅基材料的大规模商业化。
[0003]目前，行业内普遍使用高含量的氟代碳酸酯来提高电池室温循环性能，但是高含量的氟代碳酸酯又会造成电池产生胀气，高镍三元材料的技术难点在于高温循环性能不佳和高温存储产气的问题，常规成膜添加剂不能很好的抑制三元正极材料金属离子溶出、结构的破坏和脱锂后正极的氧化催化。电池需要在较宽的温度范围内(
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20)
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60℃进行工作，因此高温下电解液的抗氧化稳定性及低温下锂离子的穿梭能力及溶剂化能力都亟需提高。目前商业化的碳酸酯类溶剂中，碳酸乙烯酯能够还原形成钝化膜，但是该物质形成的钝化膜阻抗大，低温性能差，不利于锂离子的导通，在长循环过程中会不断的分解和重组，这对动力电池是一种很大的危害。
[0004]因此，针对上述问题本专利技术急需提供一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池，通过锂离子电池非水电解液的设计以解决现有技术中存在的单纯的碳酸酯类有机溶剂，虽然能够还原形成钝化膜，但是形成的钝化膜阻抗大，低温性能差，不利于锂离子的导通，在长循环过程中
会不断的分解和重组，影响动力电池性能的技术问题。
[0006]本专利技术提供的一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，有机溶剂包括二硅氧烷类化合物以及链状碳酸酯类有机溶剂、环状碳酸酯类有机溶剂或羧酸酯类有机溶剂中的一种或多种。
[0007]优选地，二硅氧烷类化合物的结构式为：
[0008][0009]其中，n为1
‑
5的中的整数，X为碳或氧，R为饱和烷基类或烷氧基。
[0010]优选地，n为1
‑
5的中的整数。
[0011]优选地，有机溶剂中二硅氧烷类有机溶剂的质量百分比为10
‑
12％。
[0012]优选地，添加剂包括硫酸亚乙烯酯(DTD)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或多种。
[0013]优选地，添加剂为硫酸亚乙烯酯(DTD)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)，其各组分质量比为1:1:2:8。
[0014]优选地，有机溶剂为二硅氧烷类有机溶剂以及链状碳酸酯类有机溶剂、环状碳酸酯类有机溶剂；
[0015]锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟硅酸锂(LiSiF6)、四氯化铝锂(LiAlCl4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)、碘化锂(LiI)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂(LiTFSI)中的一种或多种。
[0016]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜及如上述所述的锂离子电池非水电解液。
[0017]优选地，负极包括硅碳、天然石墨、人造石墨、钛酸锂、无定型碳和锂金属中的一种或多种；正极包括钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和磷酸铁锂中的一种或多种。
[0018]优选地，正极为镍钴锰酸锂，其中镍摩尔分数大于0.6；锂离子电池的上限截止电压为4.2
‑
5V。本专利技术提供的一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池与现有技术相比具有以下进步：
[0019]1、本专利技术锂离子电池非水电解液，选择二硅氧烷类化合物作为溶剂，具有高的抗氧化性，有效的提高了锂电池的高温性能，适用于高电压锂电池应用体系；选择二硅氧烷类化合物作为溶剂，可以有效的吸收电解液中的氢氟酸，抑制六氟磷酸锂的过度分解，从而起到保护集流体的作用；选择二硅氧烷类化合物作为溶剂，可以有效的降低电解液体系的粘度，提高锂离子在溶剂里的穿梭能力，提高电池低温性能，同时长链的线形结构提高了柔顺性，保证锂离子穿梭过程中势能潜热的减少，降低电池的不可逆容量损耗，提高电池首圈效率同时降低电池内阻。
[0020]2、本专利技术提供的锂离子电池非水电解液，二硅氧烷溶剂中Si
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O
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Si较Si
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O刚性更大，起到了柔性结构锚定核心的作用，并且硅基比例的提升提高了与硅碳负极的相容性，可
以有效抑制硅碳负极在循环过程中的体积膨胀，提高电池寿命；二硅氧烷溶剂结构上高度对称，提高了溶液体系的各向同性，降低了锂离子溶剂化形成的优势构象熵，可以有效降低锂枝晶的产生，提高电池的安全特性；二硅氧烷均为高沸点，可有效缓解碳酸酯气化或分解后的产物，提高了电解液的稳定性，降低电池内部压力。
具体实施方式
[0021]下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]本专利技术提供的一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，有机溶剂包括二硅氧烷类化合物以及链状碳酸酯类有机溶剂、环状碳酸酯类有机溶剂或羧酸酯类有机溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于：包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，有机溶剂包括二硅氧烷类化合物以及链状碳酸酯类有机溶剂、环状碳酸酯类有机溶剂或羧酸酯类有机溶剂中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于：二硅氧烷类化合物的结构式为：其中，n为1
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5的中的整数，X为碳或氧，R为饱和烷基类或烷氧基。3.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于：n为1
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5的中的整数。4.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于：有机溶剂中二硅氧烷类有机溶剂的质量百分比为5
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20％。5.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于：添加剂包括硫酸亚乙烯酯(DTD)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于：添加剂为硫酸亚乙烯酯(DTD)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)，其各组分质量比为1:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈英韬，韩兆萌，张阳，
申请(专利权)人：上海如鲲新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：