一种电解液及锂离子电池制造技术

本申请公开了一种电解液及锂离子电池，所述电解液包括有机溶剂、锂盐和第一添加剂，所述第一添加剂选自具有式Ⅰ所示结构的膦酰化环内酯化合物中的至少一种：其中，1≤n≤3，0≤x≤1，0≤y≤1；其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C1～C5烷烃基、取代或未取代的C2～C5不饱和烃基、取代或未取代的C6～C

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及锂离子电池


[0001]本申请一般涉及电池
，具体涉及一种电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比能量高、循环寿命长及无记忆效应等优点，普遍应用于消费类电子产品、新能源汽车和大型储能设备。目前，智能手机等电子产品、新能源汽车对锂离子电池的能量密度要求越来越高，提升电池能量密度可以通过提高现有材料的能量密度，例如提高正极材料的截止电压。
[0003]而提高正极材料截止电压也面临着诸多问题：例如电压的升高加剧了电解液与正极材料界面副反应，电解液容易被氧化而导致电池胀气；此外，过渡金属离子从正极材料中溶出并经电解液迁移到负极，会破坏负极表面的SEI而导致电池容量急剧衰减。
[0004]因此，在提高正极材料截止电压的前提下，如何降低电解液与正极材料界面的副反应，保证正极/电解液界面稳定性，对于提高电池高压稳定性、循环性能和防止电池胀气具有重要意义。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请期望提供一种电解液及锂离子电池，以期通过在锂离子电池的正极形成高压稳定和循环稳定的钝化膜，以降低电解液与正极材料界面的副反应，实现电池高压循环性能和存储性能的综合改善，并有效缓解电池胀气。
[0006]作为本申请的第一方面，本申请提供一种电解液。
[0007]作为优选，所述电解液包括有机溶剂、锂盐和第一添加剂，所述第一添加剂选自具有式Ⅰ所示结构的膦酰化环内酯化合物中的至少一种：
[0008][0009]其中，1≤n≤3，0≤x≤1，0≤y≤1；
[0010]其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C1～C5烷烃基、取代或未取代的C2～C5不饱和烃基、取代或未取代的C6～C
10
芳基、以及取代或未取代的C7～C
10
烷芳基。
[0011]作为优选，所述取代包括部分取代和完全取代，所述取代的取代基选自卤素、氰基、羧基和磺酸基中的至少一种。
[0012]作为优选，所述第一添加剂选自下列化合物中的至少一种：
[0013][0014]作为优选，所述第一添加剂在所述电解液中的质量百分含量为 0.1～10％，优选为1～5％。
[0015]作为优选，还包括第二添加剂，所述第二添加剂为氟代碳酸乙烯酯；或，
[0016]所述第二添加剂为硫酸乙烯酯、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂中的一种或几种与氟代碳酸乙烯酯的组合。
[0017]作为优选，所述第二添加剂在所述电解液中的质量百分含量为 1～30％，优选为2～15％。
[0018]作为优选，所述有机溶剂包括环状碳酸酯和/或链状碳酸酯；
[0019]所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯和γ
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丁内酯中的至少一种；
[0020]所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯和丙酸丁酯中的至少一种。
[0021]作为优选，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、双氟草酸硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂和二草酸硼酸锂中的至少一种。
[0022]作为本申请的第二方面，本申请提供一种锂离子电池。
[0023]作为优选，所述锂离子电池包括正极片、负极片和置于所述正极片与所述负极片之间的隔膜，还包括如本申请第一方面所述的电解液。
[0024]作为优选，所述负极片包括含硅的负极片。
[0025]本申请的有益效果：
[0026]本申请所公开的电解液通过引入膦酰化环内酯化合物，使得该电解液能够在正极极片表面形成阻抗较低且高聚合度的钝化膜，能够显著降低高电压下电解液与正极材料界面的副反应，在明显改善锂离子电池高压循环性能和存储性能的同时，还可以抑制电池产气。
具体实施方式
[0027]下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本申请。
[0029]需要说明的是，在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
[0030]需要说明的是，若无特别说明，本申请所涉及的原料均为市场上可购买的原料。
[0031]根据本申请的第一方面，本申请提供了一种电解液，所述电解液包括有机溶剂、锂盐和第一添加剂，所述第一添加剂选自具有式Ⅰ所示结构的膦酰化环内酯化合物中的至少一种：
[0032][0033]其中，1≤n≤3，0≤x≤1，0≤y≤1；即，n＝1,2,3；x＝0,1；y＝0, 1；
[0034]其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C1～C5烷烃基、取代或未取代的C2～C5不饱和烃基、取代或未取代的C6～C
10
芳基、以及取代或未取代的C7～C
10
烷芳基。
[0035]式Ⅰ所示的膦酰化环内酯化合物能够同时在负极和正极成膜，示例性的成膜机理如下：其具有环内酯结构和膦酰结构，其中，环内酯能够在首次充电(化成)中发生开环聚合反应；具体地，在形成电解液时，膦酰化环内酯化合物溶解于包括环状碳酸酯和/或链状碳酸酯的有机溶剂中，其中，有机溶剂中的诸如乙酸乙酯的带有负电荷的乙氧基会进攻环内酯的羰基，同时其带有正电荷的羰基会进攻环内酯的氧，使膦酰化环内酯化合物发生开环聚合反应，形成具有高聚合度、排列有序的钝化膜覆盖在负极表面，从而有效减少负极表面的活性位点，阻止电解液溶剂在负极表面发生还原分解；而膦酰结构中的磷氧双键具有孤电子对，其可以在正极材料表面反应形成高聚合度的钝化膜，并且膦酰化环内酯化合物氧化电位较低，其能优先于碳酸酯等有机溶剂在正极表面氧化分解，形成完整、致密、均一性好且阻抗较低的钝化膜，并且可以吸收正极活性材料释出的O
2-、O
22-等阴离子，降低正极活性材料活性氧的释出，从而通过降低活性氧在高电压下对电解液不可逆的氧化作用来降低产气量，改善电池存储过程中的胀气现象；并且可以有效抑制循环及存储过程中正极界面
C2～C5不饱和烃基、取代或未取代的O
x-C6～C
10
芳基、以及取代或未取代的O
x-C7～C
10
烷芳基，其中，x＝0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括：有机溶剂、锂盐和第一添加剂，所述第一添加剂选自具有式Ⅰ所示结构的膦酰化环内酯化合物中的至少一种：其中，1≤n≤3，0≤x≤1，0≤y≤1；其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的C1～C5烷烃基、取代或未取代的C2～C5不饱和烃基、取代或未取代的C6～C
10
芳基、以及取代或未取代的C7～C
10
烷芳基。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述取代包括部分取代和完全取代，所述取代的取代基选自卤素、氰基、羧基和磺酸基中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一添加剂选自下列化合物中的至少一种：少一种：4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.1～10％，优选为1～5％。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，还包括第二添加剂，所述第二添加剂为氟代碳酸乙烯酯；或，所述第二添加剂为硫酸乙烯酯、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海军，郝嵘，
申请(专利权)人：深圳市比亚迪锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：