锂离子电池用添加剂、锂离子电池和用电设备制造技术

本发明专利技术公开了锂离子电池用添加剂、锂离子电池和用电设备，其中锂离子电池包括负极极片、正极极片、隔膜和非水电解液，所述正极极片、隔膜或非水电解液中至少一个包括式I、式Ⅱa或式IIb所述化合物。本发明专利技术在正极片、电解液或隔膜中加入式I、式Ⅱa或式IIb所述化合物，其为具有多硼原子氧化物或卤化物，极易在锂离子电池充放电过程中优先在正极表面发生电化学钝化反应形成富含BF3或含氟硼酸盐的均匀致密稳定钝化保护层，形成的钝化膜能够有效抑制正极片的腐蚀。极片的腐蚀。极片的腐蚀。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池用添加剂、锂离子电池和用电设备


[0001]本专利技术涉及离子电池
，具体而言，涉及锂离子电池用添加剂锂离子电池和用电设备。

技术介绍

[0002]近些年来，电化学元件、尤其是作为手机和笔记本型个人电脑等小型电子设备的电源，以及作为电动汽车或电力储存用途等的电源被广泛接受使用。渐渐地，有着各种各样特殊性能锂离子二次电池走进大家日常生活身边，其便利性和实用性越来越被大家所认可。
[0003]与此同时，大家对于锂离子电池的长续航、高容量、充电快、较宽工作温度范围等高需求亟待进一步解决，让锂离子二次电池更多的走入大家的生活中提供更大的便利和体验。
[0004]锂二次电池主要由包含可嵌入脱嵌锂的正负极材料、以及包含锂盐和非水溶剂的非水电解液构成，通常地，非水溶剂包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸亚丙酯(PC)等碳酸酯类，添加剂通常为硫酸亚乙酯(DTD)、碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3
‑
丙烷磺酸内酯(1,3
‑
PS)等。
[0005]作为将天然石墨或人造石墨等经高度结晶化的材料作为负极，这种材料的优点是工作电压较低，能够与含Ni/Co/Mn等金属氧化物的正极材料形成较高输出电压的锂离子二次电池，不可避免的是，由于石墨的低电势电位，电解液中的添加剂和溶剂很容易在石墨表面形成一层SEI钝化膜，有效阻止嵌锂石墨与电解液的进一步还原分解，由于SEI的导锂离子的特殊特性，使得锂离子二次电池能够正常充放电，同时由于传统电解液在较高的平台电压条件下会被持续氧化，伴随着正极材料过渡金属离子的析出引起结构破坏，致使锂电池具有较低的库伦效率和较差的循环寿命，由此常规电解液在高电压下的氧化分解问题越发突出，其瓶颈问题亟待进一步的解决。
[0006]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供锂离子电池用添加剂、锂离子电池和用电设备。
[0008]本专利技术是这样实现的：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池用添加剂，包括式I化合物、式II
‑
a化合物、式II
‑
b化合物中的至少一种，所述式I化合物结构如下；
[0010][0011]式I中，R1选自氢、Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Cs、NH4、N(R3)4、碳
原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种；
[0012]所述式II
‑
a化合物结构如下；
[0013][0014]式II
‑
a中，n为≥1的正整数，R2独立地选自H、F、Cl、Br、I、Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Cs、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种；
[0015]所述式II
‑
b化合物结构如下；
[0016][0017]式II
‑
b中，n1为≥1的正整数，X为C、Si、N、P、As、O、S或Se；
[0018]当X为C或Si时，n2＝3，R3选自H、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种；
[0019]当X为N、P或As时，n2＝2，R3选自H、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种；
[0020]当X为O、S或Se时，n2＝1，R3选自H、Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Cs、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种。
[0021]在可选的实施方式中，式I所示的化合物中，R1为Li、烷基、烯基、炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、苯基或苄基；
[0022]或式II
‑
a所示的化合物中，R2为F、烷基、烯基、炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、苯基或苄基；
[0023]或式II
‑
b所示的化合物中，R3为Li、烷基、烯基、炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基及苯基、苄基、卤代苯基、卤代苄基。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种含有前述锂离子电池用添加剂的锂离子电池，包括负极极片、正极极片、隔膜和非水电解液，所述正极极片、隔膜或非水电解液中至少一个包括所述式I、式II
‑
a和式II
‑
b化合物中的至少一种；
[0025]优选地，所述正极极片表面富含BF3或含氟硼酸盐的钝化保护层。
[0026]在可选的实施方式中，所述非水电解液中，所述式Ⅰ、式II
‑
a或式II
‑
b化合物含量为0.01wt％～15wt％；
[0027]优选地，所述式Ⅰ、式II
‑
a或式II
‑
b化合物含量为0.05wt％～6wt％。
[0028]在可选的实施方式中，所述非水电解液中还包括添加剂，所述非水电解液中添加剂的浓度为0.1wt％～3wt％，所述添加剂包括硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1
‑
丙烯
‑
1,3
‑
磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯和三(三甲基硅基)硼酸酯中的至少一种。
[0029]在可选的实施方式中，所述非水电解液中还包括锂盐，所述锂盐包括LiFSI、C4BLi3O
11
、LiPF6‑
n
(CF3)
n
、LiN[(FSO2C6F4)(CF3SO2)]、LiSO3CF3、LiTFSI、LiCH(SO2CF3)2、LiTFSM、LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiAsF6、LiPO2F2、LiN(CF3SO2)2、LiCF3SO3、LiClO4和LiN(C
x
F
2x+1
SO2)(C
y
F
2y+1
SO2)中的至少一种，其中，n为0～6的整数，x、y均为自然数；
[0030]以锂离子计，所述非水电解液中锂离子摩尔浓度为0.1～3mol/L；
[0031]优选地，以锂离子计，所述非水电解液中锂离子摩尔浓度为0.2～2mol/L。
[0032]在可选的实施方式中，所述非水电解液中双氟磺酰亚胺锂或双三氟甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用添加剂，其特征在于，包括式I化合物、式II
‑
a化合物、式II
‑
b化合物中的至少一种，所述式I化合物结构如下；式I中，R1选自氢、Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Cs、NH4、N(R3)4、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基中的一种；所述式II
‑
a化合物结构如下；式II
‑
a中，n为≥1的正整数，R2独立地选自H、F、Cl、Br、I、Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Cs、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种；所述式II
‑
b化合物结构如下；式II
‑
b中，n1为≥1的正整数，X为C、Si、N、P、As、O、S或Se；当X为C或Si时，n2＝3，R3选自H、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种；当X为N、P或As时，n2＝2，R3选自H、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种；当X为O、S或Se时，n2＝1，R3选自H、Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Cs、碳原子数为1～10的烷基、环状烷基、烯基、环状烯基、炔基、环状炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基以及碳原子数为6～10的芳基和苄基的一种。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用添加剂，其特征在于，式I所示的化合物中，R1为Li、烷基、烯基、炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、苯基或苄基；或式II
‑
a所示的化合物中，R2为F、烷基、烯基、炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、苯基或苄基；
或式II
‑
b所示的化合物中，X为C、Si、N、P、As、O、S或Se，R3为Li、烷基、烯基、炔基、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基及苯基、苄基、卤代苯基、卤代苄基。3.一种含有权利要求1所述添加剂的锂离子电池，其特征在于，包括负极极片、正极极片、隔膜和非水电解液，所述正极极片、隔膜或非水电解液中至少一个包括所述式I、式II
‑
a和式II
‑
b化合物中的至少一种。4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极极片表面具有富含BF3或含氟硼酸盐的钝化保护层。5.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中，所述式I、式II
‑
a或式II
‑
b化合物含量为0.01wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，
申请(专利权)人：上海兰钧新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：