一种锂离子电池电解液及锂离子快充电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池电解液及锂离子快充电池，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、第一类添加剂和第二类添加剂，所述第一类添加剂为含不饱和键的硅氧烷类化合物，第二类添加剂为硅基磺酸酯类化合物或硅醚类化合物。本发明专利技术的电解液应用于高能量密度锂离子电池，具有抑制高温存储产气、高温循环产气、降低低温DCIR阻抗、提升3C大倍率充电等优点。提升3C大倍率充电等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及锂离子快充电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及一种应用于高能量密度快充电池体系的含不饱和键的硅氧烷类化合物和硅基磺酸酯类化合物的组合添加剂或含不饱和键的硅氧烷类化合物和硅醚类化合物的组合添加剂，以及包含所述组合添加剂的电解液及锂离子快充电池。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的快速发展，电动汽车市场占有率逐渐提升，但电池续航里程和充电时间这两大考量因素却大大限制了消费者购买纯电动汽车的欲望。因此，实现锂离子电池快速充电成为新能源汽车商业化亟待解决的技术问题。
[0003]高能量密度是锂电池的发展趋势，目前提升三元材料的充电截止电压是提升能量密度的有效方式，但如果充电倍率较小，相应的充电时间则会过长。另外三元材料充电截止电压越高，正极表面高氧化活性位点越多，电解液氧化分解越加剧，导致电芯在高温条件下产气膨胀，阻抗增加，容量和性能迅速衰减。在大电流高SOC充电条件下，电池性能衰减表现地更为复杂。功能性电解液不仅需要解决高电压应用导致的氧化分解问题，同时需要改善大倍率充电导致的负极界面析锂问题。尤其是现有常规高电压电解液，大多选用高温型保护添加剂，如典型的1,3-丙烷磺内酯(PS)，柠康酸酐(CA)，己二腈(ADN)，三烯丙基乙氰脲酸酯(TAIC)等，但这些高温型保护添加剂存在负极界面抗高的共同缺点，当充电电流上升时，负极界面析锂，进一步与电解液反应产气分解，加速电池寿命衰减，同时影响安全性能。因此，开发满足高电压、快充的多功能电解液，逐渐成为锂离子电池上下游产业链的研究热点。然而，目前在高能量密度电芯开发中具备高电压快充能力的电解液或电池报道较少。
[0004]东莞市杉杉电池材料有限公司专利CN105552439A公开了采用含2～3个腈基官能团的腈类化合物与线状羧酸酯化合物联用的方法来提高4.35V高电压快充性能。虽然腈类化合物能够络合过渡金属离子溶出而抑制电芯产气，是高电压体系常用的正极保护添加剂，但腈类化合物会降低电芯容量，显著增加阻抗，且对负极界面不友好，明显恶化电芯循环寿命。同时，羧酸酯在高温下容易分解，又加速了电芯产气膨胀。
[0005]重庆市紫建电子股份有限公司专利CN111193071A公开了采用PS与氟苯联用的方法来改善高电压下的倍率充放电和低温性能，但该方法中的PS属于致癌化学物质，已被欧盟限制使用。
[0006]深圳市比克动力电池有限公司专利CN109687014A公开了采用正极改进技术并联用先进导电剂的方法形成多维导电网络来提升高能量密度快充性能。虽然该方法能有效提升能量密度及快充问题，但会涉及电极工艺改进，技术复杂、成本高。
[0007]因此，在不改变电池制备工艺的前提下，提出一种同时改善电池高电压、快充性能，且不会劣化电池其他性能的电解液是十分重要的。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种在高能量密度电池中具有抑制高温存储和高温循环产气，降低低温DCIR阻抗，提升3C大倍率充电效果的电解液和锂离子快充电池。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂，所述电解液还包括：
[0011]第一类添加剂，所述第一类添加剂为含不饱和键的硅氧烷类化合物，结构如下式(I)所示：
[0012][0013]其中，R1、R2、R3独立地选自C1～C6烷氧基、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氟代C1～C6烷基、氟代C2～C6烯基，且R1、R2、R3中至少一个为C1～C6烷氧基；R4选自C2～C6不饱和烃基；
[0014]第二类添加剂，所述第二类添加剂选自硅基磺酸酯类化合物，结构如下式(II)所示：
[0015][0016]其中，R5、R6、R7独立地选自C1～C4烷基、C1～C4氟代烷基、C3～C4环烷基、氟代C3～C4环烷基、C1～C4烷氧基、氟代C1～C4烷氧基、C2～C4烯基或C2～C4炔基；R8选自氟、C1～C4烷基、氟代C1～C4烷基、氰基取代C1～C4烷基、C2～C4烯基、C2～C4炔基、C6～C8苯基；
[0017]或所述第二类添加剂选自硅醚类化合物，结构如下式(III)所示：
[0018][0019]其中，R9、R10、R11独立地选自C1～C4烷基、C1～C4氟代烷基、C1～C4烷氧基、氟代C1～C4烷氧基、C3～C4环烷基、氟代C3～C4环烷基、C2～C4不饱和烃基，且R9、R10、R11中至少一个为C2～C4不饱和烃基；
[0020]R12、R13、R14独立地选自C1～C4烷基、C1～C4氟代烷基、C1～C4烷氧基、氟代C1～C4烷氧基、C3～C4环烷基、氟代C3～C4环烷基、C2～C4不饱和烃基，且R12、R13、R14中至少一个为C2～C4不饱和烃基。
[0021]优选地，R1、R2、R3独立地选自甲基烷氧基、乙基烷氧基、甲基、乙基，且R1、R2、R3中至少一个为甲基烷氧基或乙基烷氧基；R4为C2～C3不饱和烃基；
[0022]R5、R6、R7独立地选自甲基或乙基；R8选自C1～C3烷基、氟代C1～C3烷基、C2～C3烯基、C6～C8苯基；
[0023]R9、R10、R11独立地选自C1～C2烷基、C2～C3烯基，且R9、R10、R11中至少一个为C2～C3烯基；R12、R13、R14独立地选自C1～C2烷基、C2～C3烯基，且R12、R13、R14中至少一个为C2～C3烯基。
[0024]更为优选地，所述第一类添加剂选自以下结构中的至少一种：
[0025][0026]所述第二类添加剂选自以下结构中的至少一种：
[0027][0028][0029]本专利技术的专利技术人经研究发现：含不饱和键的硅氧烷类化合物有助于稳定正极界面，相较于常规的高电压、高温型保护添加剂，该类添加剂不明显增加电芯阻抗。
[0030]但是单一的硅氧烷类添加剂应用于高电压快充电池体系时，在长周期高温存储和循环中，电芯产气膨胀，内阻增加，使得电芯寿命衰减。原因在于：高电压快充电池体系通常使用高镍正极和倍率型负极，电极表面反应活性较多，容易与电解液持续发生反应和修复，在正极生成以CO2为主的无机气体，在负极生成以烷烃或烯烃为主的有机气体，导致电芯产气膨胀，阻抗快速增加，循环寿命衰减。
[0031]为了改善高电压快充电池体系的长周期高温存储和循环性能，本专利技术提出了含不饱和键的硅氧烷类化合物和第二类添加剂的组合应用。该类组合物克服了单一硅氧烷类添
加剂长周期存储和循环后期热稳定差的缺陷，在保证电芯大倍率充放电性能的同时，提升电芯的高温性能，抑制电芯高温存储和循环条件下的阻抗增长和体积膨胀。具体表现为：硅基磺酸酯类化合物中的烷基硅基是较好的离去基团，促使Si-O键断裂，消除HF和H2O，降低阻抗；同时磺酸基团在负极成膜，提高负极界面稳定性。本专利技术含不饱和键的硅氧烷类添加剂和硅醚类添加剂联用时，含Si-O-Si键的化合物能与LiPF6反应形成Li本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂，其特征在于：所述电解液还包括：第一类添加剂，所述第一类添加剂为含不饱和键的硅氧烷类化合物，结构如下式(I)所示：其中，R1、R2、R3独立地选自C1～C6烷氧基、C1～C6烷基、C2～C6烯基、氟代C1～C6烷基、氟代C2～C6烯基，且R1、R2、R3中至少一个为C1～C6烷氧基；R4选自C2～C6不饱和烃基；第二类添加剂，所述第二类添加剂选自硅基磺酸酯类化合物，结构如下式(II)所示：其中，R5、R6、R7独立地选自C1～C4烷基、C1～C4氟代烷基、C3～C4环烷基、氟代C3～C4环烷基、C1～C4烷氧基、氟代C1～C4烷氧基、C2～C4烯基或C2～C4炔基；R8选自氟、C1～C4烷基、氟代C1～C4烷基、氰基取代C1～C4烷基、C2～C4烯基、C2～C4炔基、C6～C8苯基；或所述第二类添加剂选自硅醚类化合物，结构如下式(III)所示：其中，R9、R10、R11独立地选自C1～C4烷基、C1～C4氟代烷基、C1～C4烷氧基、氟代C1～C4烷氧基、C3～C4环烷基、氟代C3～C4环烷基、C2～C4不饱和烃基，且R9、R10、R11中至少一个为C2～C4不饱和烃基；R12、R13、R14独立地选自C1～C4烷基、C1～C4氟代烷基、C1～C4烷氧基、氟代C1～C4烷氧基、C3～C4环烷基、氟代C3～C4环烷基、C2～C4不饱和烃基，且R12、R13、R14中至少一个为C2～C4不饱和烃基。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：R1、R2、R3独立地选自甲基烷氧基、乙基烷氧基、甲基、乙基，且R1、R2、R3中至少一个为甲基烷氧基或乙基烷氧基；R4为C2～C3不饱和烃基；R5、R6、R7独立地选自甲基或乙基；R8选自C1～C3烷基、氟代C1～C3烷基、C2～C3烯基、C6～C8苯基；R9、R10、R11独立地选自C1～C2烷基、C2～C3烯基，且R9、R10、R11中至少一个为C2～C3烯基；R12、R13、R14独立地选自C1～C2烷基、C2～C3烯基，且R12、R13、R14中至少一个为C2～C3烯基。3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述第一类添加剂选自以下结构中的至少一种：
所述第二类添加剂选自以下结构中的至少一种：4.根据权利要求1-3任一所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述第一添加剂占电池体系电解液总质量的0.01～5.0％，第二添加剂占电池体系电解液总质量的0...

【专利技术属性】
技术研发人员：江依义，马国强，刘小飞，宋半夏，沈旻，丁祥欢，
申请(专利权)人：浙江中蓝新能源材料有限公司中化蓝天集团有限公司，
类型：发明
国别省市：