一种含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括功能添加剂和具有特定结构的氰基环状不饱和烃类化合物。本发明专利技术通过优化电解液配方，采用独特组合的添加剂、混合锂盐和混合溶剂，各组分协同作用，能够有效提高锂离子电池的循环性能和放电性能。有效提高锂离子电池的循环性能和放电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含氰基环状不饱和烃类化合物的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领域，具体涉及一种含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]近几年，锂离子电池的发展受到广泛关注，其在手机数码领域、电动汽车、电动自行车、电动工具、储能等方面发展迅猛。锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、能量密度高、循环寿命长等优点，目前，智能手机、平板电脑等数码产品对能量密度的要求越来越高，使得商用的锂离子电池难以满足要求，用高能量密度的材料做电池的正极，是提升锂离子电池能量密度最有效的途径。
[0003]一元锂离子电池正极材料中，钴酸锂是最先被商品化和大规模应用的正极材料，通过改进工艺，可以将钴酸锂电池的工作电压提高到4.4V以上。随着工作电压的提高，钴酸锂的比容量逐渐提高，但循环性能反而下降了。同时在高电压条件下，高氧化态的金属离子容易在电场作用下迁移到负极，在负极得到电子变成金属析出，造成正极材料不可逆的损失，损耗电池容量，降低电池循环寿命。此外，在高电压条件下，正极表面的活性位点具有很高的氧化性，使得传统的碳酸酯类电解液材料被氧化分解产气，最终形成安全隐患。
[0004]另一方面，由于锂离子电池阴极采用的是高电势的阴极活性材料，阳极采用的是低电势的阳极活性材料，所以电解质的电位窗比活性材料的电位窗窄。电解液暴露在阴极和阳极电极表面，容易分解。同时，锂离子电池在电动汽车或者电力存储设备中使用时，容易暴露在高温环境中。此外，电池的温度也会由于瞬时充电和电流的变化而升高。因此，在高温环境下，电池的使用寿命会降低，可存储的能量也会减少。另外，锂离子电池的主盐LiPF6在高温或痕量水的作用下容易分解产生HF，破坏SEI膜和腐蚀电极材料，释放过渡金属离子，进一步促进电解液的分解，形成恶性循环，造成锂离子电池性能的恶化。目前，解决上述问题的主要方法是加入添加剂，以提高锂离子电池的循环性能和高低温性能。典型的的腈类添加剂例如乙腈，在超高浓度电解液中具有较好的稳定性，但在高浓度锂盐电解液中，容易在负极上还原而不稳定；丁二腈，在磷酸铁锂电解液和4.35V的高电压电解液中应用较多，一定程度上可以抑制FEC在高温下分解的不良后果，但成本高，所以一般用量较少；己二腈常温下是液态的油状液体，稍有点粘度，电解液中如果加的多或是低温情况下，锂盐可能会析出或出现浑浊；戊二腈、辛二腈、癸二腈分子量偏大，粘度明显上升，锂盐的溶解性和他们自身的溶解性也会下降。
[0005]如CN105742704A公开了一种含有环戊烯二腈的高电压电解液及使用该电解液的锂离子电池，所述高电压电解液由电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂组成，所述添加剂包含氟代碳酸乙烯酯和环戊烯二腈化合物，所述的环戊烯二腈化合物中的腈基官能团
‑
CN，可与正极活性材料中过渡金属离子发生络合作用，减少电解液催化分解并抑制金属离子溶出，稳定高电压正极活性材料晶体结构，从而改善高电压电池循环性能和高温性能。但其低
温性能较高温性能相差较大，在低温性能方面并不理想。
[0006]又如CN111129664A公开了一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，按在锂离子电池电解液的质量百分含量，所述添加剂组成为：氟代酯类化合物5
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15％，氰基环状不饱和烃类化合物0.5
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3.0％，其它添加剂5
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20％。电解液中的氟代酯类化合物有助于负极形成稳定的SEI膜，而氰基环状不饱和烃类物质能够改善钴酸锂电池抗过充和循环性能力，氟代酯类化合物和氰基环状不饱和烃类化合物的协同作用能大大优化锂离子电池的性能，增加电池寿命及提高热稳定性。含F添加剂得益于F原子的强电负性，使得其抗氧化性能增强，同时电解液在高电压下稳定性增加。然而，F代添加剂在不同温度、电压及正负极界面上的作用机理不同，在全氟代体系中，正负极/电解液间的界面膜不稳定,导致后续循环过程中阻抗、产气及电压降增加，虽然加入一些“助剂”如VC、PES可以得到适当抑制,但还需进一步优化性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液及锂离子电池。本专利技术通过优化电解液配方，更好的提升了锂离子电池的循环性能和高低温性能。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括功能添加剂和氰基环状不饱和烃类化合物，所述氰基环状不饱和烃类化合物选自具有以下结构的化合物中的至少一种：
[0009][0010]优选地，所述氰基环状不饱和烃类化合物在锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为0.5
‑
3％。
[0011]优选地，所述功能添加剂选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3
‑
丙烷磺内酯(PS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种。
[0012]优选地，所述功能添加剂在锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为5
‑
10％。
[0013]优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟双草酸硼酸锂(LiDFOB)和四氟硼酸锂(LiBF4)的混合锂盐，所述混合锂盐中六氟磷酸锂、二氟双草酸硼酸锂和四氟硼酸锂的质量比为10
‑
80:1.5
‑
7:1。
[0014]优选地，所述锂盐在锂离子电池非水电解液中的浓度为0.5
‑
2M(M，体积摩尔浓度，表示mol/L)，更优选为1.3M。
[0015]优选地，所述有机溶剂选自链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的一种或多种。所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)中的一种或多种；所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种；所述羧酸酯选自乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、乙酸甲酯(MA)、乙酸丙酯(PE)、丙酸甲酯(MP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)中的一种或多种。更优选地，所
述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂，所述混合溶剂中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的质量比为25:5:50:20。
[0016]本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池含有本专利技术的含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液。
[0017]优选的，所述锂离子电池的制备方法包括将本专利技术的锂离子电池用非水电解液注入到经过充分干燥、4.45V的钴酸锂(LiCoO2)/石墨软包电池，经过45℃搁置、高温夹具化成和二次封口工序。
[0018]本专利技术中的氰基环状不饱和烃类化合物，能够改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括功能添加剂和氰基环状不饱和烃类化合物，所述氰基环状不饱和烃类化合物选自具有以下结构的化合物中的至少一种：2.根据权利要求1所述的含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述氰基环状不饱和烃类化合物在锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为0.5
‑
3％。3.根据权利要求1所述的含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述功能添加剂选自氟代碳酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺内酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述功能添加剂在锂离子电池非水电解液中的质量百分含量为5
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10％。5.根据权利要求1所述的含氰基环状不饱和烃类化合物的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，钟子坊，张晓宇，
申请(专利权)人：杉杉新材料衢州有限公司，
类型：发明
国别省市：