一种电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电池材料技术领域，具体公开一种电解液及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的电解液含有膦酸酯类成膜添加剂，所述成膜添加剂还含有三个取代基R1、R2和R，其中R选自乙烯基、乙炔基、苯基、五氟苯基、异丙基取代苯基、

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于储能材料
，特别涉及一种电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着纯电动汽车和混合电动汽车的发展，人们对锂离子电池的能量密度、循环寿命以及安全性的要求不断提高，因此，开发高效、经济、耐用的锂离子电池正极材料是未来发展高比能锂离子电池的一个重要方向，对于提高锂离子电池的能量密度具有重要意义。
[0003]镍锰酸锂作为一种高电压正极材料，它的工作电压为4.7V左右，可以达到其他电池正极材料工作电压的1.25倍。但是，当镍锰酸锂电池在高温条件下以及充电电压达到5V时，由于常规电解液会出现氧化分解等问题，造成镍锰酸锂正电极和电解液界面不稳定，严重限制了其在实际生产中的使用。目前，改善镍锰酸锂电池缺陷直接有效的方法为开发新型电解液，但是现有技术中使用的新型电解液对于镍锰酸锂电池性能的提高并不理想，尤其是在高温充放电过程中容量保持率低，甚至还会造成电池鼓包等问题，最终影响电池的使用寿命。因此，提供一种电解液，能够提高电池在高温和高电压条件下的容量保持率，同时降低厚度变化率具有重要意义。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提供一种电解液及其制备方法和应用，通过添加特定的成膜添加剂，能够在电池正极和负极上分别形成稳定的固体电解质膜，极大地提高了电池的高温循环性能；其还能清除电解液中产生的PF5，同时起到一定的阻燃作用，从而提高电池的高温搁置性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：一种电解液，所述电解液中含有式Ⅰ所示的成膜添加剂：式Ⅰ；其中，R选自乙烯基、乙炔基、苯基、五氟苯基、异丙基取代苯基、
‑
CN取代苯基、
‑
NO2取代苯基或三卤代甲基取代苯基中任一种；R1和R2各自独立的选自H或C1
‑
C6链状烷基。
[0006]目前已有报道将含磷添加剂应用于镍锰酸锂材料中，其主要是通过在正极成膜，从而提升LNMO/Li半电池的电化学性能；但是对LNMO/石墨全电池性能的提升并不理想，当锂电池处于高温和高电压的条件下，其在充放电过程中过渡金属Mn和Ni会在石墨负极表面沉积，进而造成不可逆的容量损失。因此，专利技术人通过大量筛选，选取一种成膜添加剂，能够明显提高在高温和高电压条件下镍锰酸锂电池的循环性能，降低电池厚度变化率。
[0007]相对于现有技术，本专利技术提供的电解液，通过添加特定的成膜添加剂，该类添加剂具有较高的HOMO轨道和较低的LUMO轨道，能够在电池正极和负极上分别形成稳定的固体电
解质膜，避免正极材料和负极材料在高温条件下受到电解液的腐蚀以及金属离子的溶出，极大地提高了电池的高温循环性能；本专利技术添加的成膜添加剂还能清除电解液中产生的PF5，同时起到一定的阻燃作用，提高电池的高温搁置性能。本专利技术提供的含有特定成膜添加剂的电解液，使电池在高温条件下的电池容量保持率可达到93.5%，通过高温搁置后，厚度变化率≤5%，能明显提高电池的性能和使用寿命。
[0008]优选的，所述R1和R2为相同的基团。
[0009]优选的，所述成膜添加剂为、、、、、、、或。
[0010]优选的成膜添加剂能进一步提高高温循环性能和高温搁置性能。
[0011]优选的，所述电解液还包括锂盐、非水有机溶剂和辅助添加剂，其中，所述锂盐在电解液中的浓度为1.2mol/L
‑
2mol/L。
[0012]优选的，以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述成膜添加剂在电解液中的含量为0.5%
‑
3%。
[0013]优选的，以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述辅助添加剂在电解液中的含量为0.5%
‑
2%。
[0014]优选的，所述非水有机溶剂为链状碳酸酯类溶剂或环状碳酸酯类溶剂中至少一种。
[0015]优选的，所述辅助添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3
‑
丙烷磺内酯、1,4
‑
丁烷磺内酯、丙烯基
‑
1,3磺酸内酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、三（三甲基硅基）磷酸酯或硼酸三（六氟异丙基）酯中至少一种。
[0016]优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂。
[0017]优选的，所述链状碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯中至少一种。
[0018]优选的，所述环状碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或氟代碳酸乙烯酯中至少一种。
[0019]优选的，以非水有机溶剂质量为100%计，所述非水有机溶剂包括如下组分：碳酸二甲酯40%
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70%、碳酸乙烯酯20%
‑
40%和氟代碳酸乙烯酯10%
‑
20%。
[0020]本专利技术还提供上述所述的电解液的制备方法，包括如下步骤：
按设计配比称取各组分，将称取的非水有机溶剂和锂盐混合均匀，得初级电解液；在所述初级电解液中加入成膜添加剂和辅助添加剂，得所述电解液。
[0021]本专利技术提供一种镍锰酸锂电池，所述镍锰酸锂电池包括镍锰酸锂正极、负极、隔膜和上述的电解液；其中，所述负极为石墨或金属锂。
[0022]优选的，所述隔膜为聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜或聚乙烯醇膜中至少一种。
[0023]本专利技术提供的镍锰酸锂电池，通过添加本专利技术的电解液，使电池在高温条件下的电池容量保持率可达到93.5%，通过高温搁置后，厚度变化率≤5%，能明显提高镍锰酸锂电池的性能和使用寿命。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例16制备得到的电池在45℃下正极片循环300次后的TEM图；图2为本专利技术对比例6制备得到的电池在45℃下正极片循环300次后的TEM图；图3为本专利技术实施例16制备得到的电池在45℃下负极片循环300次后的TEM图；图4为本专利技术对比例6制备得到的电池在45℃下负极片循环300次后的TEM图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]实施例1本实施例提供一种正极片，具体包括如下制备步骤：将镍锰酸锂材料、导电剂Super P（SP）、导电石墨（ks
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6）、粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）按质量比93:3:3:2分散于N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂中，待充分搅拌和均匀混合，涂覆在正极集流体Al箔上，经烘干辊压后得到正极片。
[0027]实施例2本实施例提供一种负极片，具体包括如下制备步骤：将负极活性物质石墨、导电剂Super P（SP）、粘结剂丁苯橡胶（SBR）、增稠剂羧甲基纤维素钠（CMC）按质量比96:1:1.8:1.2分散于去离子水溶剂中，待充分搅拌及均匀混合后，涂覆在负极集流体Cu箔上，经烘干和辊压后得到负极片。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液中含有式Ⅰ所示的成膜添加剂：式Ⅰ；其中，R选自乙烯基、乙炔基、苯基、五氟苯基、异丙基取代苯基、
‑
CN取代苯基、
‑
NO2取代苯基或三卤代甲基取代苯基中任一种；R1和R2各自独立的选自H或C1
‑
C6链状烷基。2.如权利要求1的所述的电解液，其特征在于，所述R1和R2为相同的基团。3.如权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述成膜添加剂为、、、、、、、或。4.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括锂盐、非水有机溶剂和辅助添加剂；其中，所述锂盐在电解液中的浓度为1.2mol/L
‑
2mol/L。5.如权利要求4所述的电解液，其特征在于，以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述成膜添加剂在电解液中的含量为0.5%
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3%；和/或以非水有机溶剂和锂盐的质量之和为100%计，所述辅助添加剂在电解液中的含量为0.5%
‑
2%。6. 如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为链状碳酸酯类溶剂或环状碳酸酯类溶剂中至少一种；和/或所述辅助添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：魏爱佳，何蕊，白薛，李晓辉，刘振法，张利辉，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：