一种高性能电解液及含有该电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高性能电解液，其包含锂盐、溶剂和电解液添加剂，溶剂由氟代碳酸酯类化合物和线状碳酸酯类化合物以质量比(3

【技术实现步骤摘要】
一种高性能电解液及含有该电解液的锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高性能电解液及含有该电解液的锂离子电池。

技术介绍

[0002]采用高镍三元材料匹配高硅含量的石墨复合负极材料是提升锂电池能量密度的重要手段之一。但是随着镍含量提升，电芯安全热稳定性加速劣化；随着硅负极使用含量提升，电池循环寿命加速劣化，整个电池体系不能够很好的满足产品使用性能需求。

技术实现思路

[0003]为了解决高镍正极与高容量硅负极导致的电池安全、循环稳定性等问题，本专利技术通过对电解液和负极材料组分进行优化和改性，以提高电池的耐热温度、循环性能和安全性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种高性能电解液，包含溶剂、电解液添加剂和锂盐，其中：
[0006]所述溶剂由氟代碳酸酯类化合物和线状碳酸酯类化合物以质量比(3
‑
7)；(3
‑
5)组成；所述氟代碳酸酯类化合物包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、双氟碳酸乙烯酯(DFEC)、4
‑
三氟代甲基碳酸乙烯酯(TEPC)中的至少一种，氟代碳酸酯类化合物可以在高电位下参与硅负极成膜，SEI膜富含LIF,增强SEI强度，提升硅负极循环；所述线状碳酸酯类化合物包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二甲酯(DMC)中的至少一种。
[0007]所述电解液添加剂包括氟代磷腈类化合物，所述氟代磷腈类化合物包括乙氧基五氟环三磷腈(PEPN)、苯氧基五氟环三磷腈(FPPN)中的至少一种，所述电解液中氟代磷腈类化合物的含量为5
‑
10wt％；此类添加剂既可以在4.2V左右的环境中在正极氧化成膜，防止正极与电解液进一步氧化，也可以作为阻燃添加剂使用，受热分解捕获可燃性自由基，降低燃烧程度。进一步优选的，所述电解液添加剂还包括N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺(DIC)或N,N
‑
二异丙基乙胺(DIPEA)，DIC或DIPEA可以抑制氟代碳酸酯的高温分解，提升电池的循环性能，并可以缓解由于溶剂中氟代碳酸酯类化合物因高温分解产酸造成的产气等问题。
[0008]所述锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)中的至少一种；优选的，锂盐由LiPF6和LiFSI以质量比3
‑
8:2
‑
7组成；所述电解液中锂盐的含量为5
‑
10wt％。这样的锂盐配比可以减少高温情况下六氟磷酸锂分解产生PF5，并且双氟磺酰亚胺锂热稳定性优于六氟磷酸锂，提升体系的热稳定性。
[0009]本专利技术的第二个目的是提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜以及如上述所述的电解液；所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极材料，所述负极材料中添加0.05
‑
2wt％的改性剂，所述改性剂为N,N
‑
双(叔丁基)乙烯二胺或N,N
‑
二乙基乙二胺，该改性剂具有一定的保湿作用，能够防止粘结剂随水分快速蒸发上浮，可以降低
表面张力，以此保证极板烘烤的均匀性，从而防止开裂，并可避免造成硅负极粘结力差，进而导致极板充放电过程中体积膨胀加大等问题。并且在烘烤后改性剂具有>300ppm的残留物，其残留物可以与电解液中氟代碳酸酯等物质因高温存储产生的HF反应，进而抑制HF与正极残碱Li2CO3反应，减少CO2、CO等气体的产生。
[0010]进一步方案，所述负极材料包括碳硅复合材料、负极导电剂、水基粘结剂和复合粘结剂；所述负极导电剂包括导电碳黑(Super
‑
P)和碳纳米管(SW
‑
CNT)；所述复合粘结剂包括丁苯橡胶(SBR)和聚丙烯酸(PAA)，SBR具有很强的延展特性，PAA具有很强的抗拉强度，两者结合有利于抑制硅负极膨胀；所述水基粘结剂为羧甲基纤维素纳(CMC)。进一步的，所述碳硅复合材料：Super
‑
P：SW
‑
CNT：CMC：复合粘结剂的质量比为94
‑
97：0.5
‑
2：0.05
‑
0.1：1.0
‑
2.0：1.0
‑
2.0。
[0011]进一步方案，所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极材料；所述正极集流体为涂炭铝箔，可以避免双氟磺酰亚胺锂腐蚀光箔；所述正极材料包括镍钴锰酸锂、正极导电剂和正极粘结剂，所述镍钴锰酸锂中Ni含量大于88wt％；
[0012]进一步方案，所述锂离子电池隔膜为双面陶瓷隔膜，该双面陶瓷隔膜是采用耐高温PI胶(聚酰亚胺胶)将陶瓷涂敷在基膜上形成陶瓷层，因PI胶在高温情况下不会热熔收缩，进而保证隔膜具有热收缩率低的特性。该隔膜收缩率低于0.5％，能够防止耐高温测试中的短路发生，增加电池的安全性。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0014]本专利技术提供的电解液中通过使用氟代碳酸酯类化合物为溶剂的主要成分，以提升负极的循环性能；通过使用氟代磷腈类化合物为电解液添加剂，提高电解液的热稳定性能和安全性能；并进一步通过配合使用N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺、N,N
‑
二异丙基乙胺等物质，达到抑制氟代碳酸酯类化合物的高温分解，缓解由于氟代碳酸酯因高温分解产酸造成的产气等问题，提高电池的安全性能。
[0015]本专利技术提供的锂离子电池中负极材料中使用N,N
‑
双(叔丁基)乙烯二胺或N,N
‑
二乙基乙二胺为改性剂，该改性剂一方面可以改善负极材料的粘结能力，提升循环性能；另一方面其残留量具有除酸能力，可以除去电解液溶剂中氟代碳酸酯类化合物因高温存储产生的酸性物质或酸性气体。本专利技术通过设计负极浆料配方、电解液配方，同时采用双面陶瓷隔膜，设计高镍高克容量硅负极全新化学体系，制造一种高能量密度电池，该电池具有优异的循环性能，电池的产气量降低80％，电池安全性得到提升，耐热温度提升至160℃，综合性能优异，具有极好的市场应用前景。
附图说明
[0016]图1为对比例2与实施例8制备的电池的循环性能测试结果。
具体实施方式
[0017]下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0018]此外，以下实施例中的制备过程中如无特别说明的，均为本领域现有技术中的常规手段，因此，不再详细赘述；以下实施方式中的份数均指重量份数。本专利技术采用的原料均
为市售产品，市购可得。
[0019]一种高性能电解液，包含溶剂、电解液添加剂和锂盐，其中：
[0020]所述溶剂由氟代碳酸酯类化合物和线状碳酸酯类化合物以质量比(3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能电解液，包含锂盐、溶剂和电解液添加剂，其特征在于：所述溶剂由氟代碳酸酯类化合物和线状碳酸酯类化合物以质量比(3
‑
7)；(3
‑
5)组成，所述电解液添加剂包括氟代磷腈类化合物。2.根据权利要求1所述的高性能电解液，其特征在于：所述电解液添加剂还包括N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺或N,N
‑
二异丙基乙胺。3.根据权利要求1所述的高性能电解液，其特征在于：所述锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐中的至少一种；所述电解液中锂盐的含量为5
‑
10wt％。4.根据权利要求3所述的高性能电解液，其特征在于：所述六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐的质量比为(3
‑
8):(2
‑
7)。5.根据权利要求1至4任一项所述的高性能电解液，其特征在于：所述氟代碳酸酯类化合物包括氟代碳酸乙烯酯、双氟碳酸乙烯酯、4
‑
三氟代甲基碳酸乙烯酯中的至少一种；所述线状碳酸酯类化合物包括碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯中的至少一种。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峥，王岩，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：