电解液添加剂、电解液以及包含其的锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供了电解液添加剂、电解液以及包含其的锂离子二次电池。电解液添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂具有由以下式(1)所示的结构：其中，R1和R2各自独立地选自氟，C1至C3烷氧基，或者可选被氟、C1至C3烷基或C1至C3全氟烷基取代的苯基，第二添加剂选自以下物质中的任一种：加剂选自以下物质中的任一种：通过本发明专利技术的电解液添加剂、包含该电解液添加剂的电解液以及包括该电解液的锂离子二次电池，抑制了锂离子二次电池的产气膨胀，改善了SEI膜的构成，有效降低锂离子二次电池的内阻并且提高了锂离子二次电池的循环性能。并且提高了锂离子二次电池的循环性能。并且提高了锂离子二次电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液添加剂、电解液以及包含其的锂离子二次电池


[0001]本专利技术涉及锂离子二次电池领域，具体而言，涉及电解液添加剂、电解液以及包含其的锂离子二次电池。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子技术的不断发展，人们对用于支持电子设备的能源供应的电池装置的需求也在不断增加。现如今，需要能够存储更多电量且能够输出高功率的电池。传统铅酸电池以及镍氢电池等已经不能满足诸如智能手机的移动设备、和诸如蓄电系统等固定设备的新型电子制品的需求。因此，锂离子电池引起了人们的广泛关注。在对锂离子电池的开发过程中，已经较为有效地提高了其容量和性能。
[0003]电解液是锂离子电池中离子传递的载体，一般由有机溶剂、功能添加剂和锂盐组成。在充放电过程中，电解液会发生分解，在电极表面形成一层电子绝缘但锂离子导通的固体电解质界面膜(SEI膜)钝化层，锂离子可以经过该钝化层自由嵌入和脱出，同时该钝化层具有疏溶剂性从而可以在溶剂中稳定存在，溶剂分子不能通过该钝化层，从而有效防止了溶剂分子的共嵌对电极材料的破坏。因此，SEI膜的形成对锂离子电池的性能至关重要。成膜稳定、厚度均匀并且锂离子导通良好的SEI膜可以显著提高锂离子电池的可逆容量，延长锂离子电池的寿命。经电化学反应形成的SEI膜对反应电位要求严格，而功能性添加剂特别是成膜添加剂的引入一般认为是改善电池性能的有效方法，一方面功能性添加剂可以参与SEI膜的形成，另外功能性添加剂可提供更低的反应电位，使其优先于溶剂发生电化学反应，以有效抑制溶剂的分解。甚至某些功能性添加剂的加入可以保护起主要作用的功能添加剂，形成经多级反应的SEI膜。
[0004]在现有技术中，在锂离子二次电池中最常使用的功能性添加剂是碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸亚乙酯(氟代碳酸乙烯酯，FEC)等。因FEC引入氟元素后，最低未占分子轨道(LUMO)能量较低，易被还原，通常认为其是比较理想的负极成膜添加剂。同时，氟元素因原子半径很小，可以提高添加剂的溶解性以及电极与隔膜之间的浸润性，从而提高电池的耐温特性。但是，FEC本质上仍属于碳酸酯类化合物，在反应分解时会不可避免地产生气体，造成电池膨胀，从而劣化了电池的性能，尤其在FEC大量使用时该现象更为严重。因此，如何解决现有技术中FEC等碳酸酯类添加剂的产气导致锂离子二次电池膨胀和性能劣化的问题显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种电解液添加剂、包含该电解液添加剂的电解液以及包括该电解液的锂离子二次电池，以解决现有技术中FEC等碳酸酯类添加剂的产气导致锂离子二次电池膨胀和性能劣化的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种电解液添加剂，该电解液添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，该第一添加剂具有由以下式(1)所示的结构：
[0007][0008]其中，R1和R2各自独立地选自氟，C1至C3烷氧基，或者可选被氟、C1至C3烷基或C1至C3全氟烷基取代的苯基，
[0009]该第二添加剂选自以下物质中的任一种：
[0010]或者
[0011]进一步地，在上述电解液添加剂中，R1和R2各自独立地选自被C1至C3全氟烷基取代的苯基。
[0012]进一步地，在上述电解液添加剂中，R1和R2各自独立地选自被三氟甲基取代的苯基。
[0013]进一步地，在上述电解液添加剂中，该第二添加剂为
[0014]进一步地，在上述电解液添加剂中，该第一添加剂选自以下物质中的任一种：
[0015]或者
[0016]进一步地，在上述电解液添加剂中，该第一添加剂与该第二添加剂的重量比在1:3至4:3的范围内。
[0017]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种电解液，包含有机溶剂、锂盐以及前文描述的电解液添加剂。
[0018]进一步地，在上述电解液中，基于100重量份的有机溶剂与锂盐，第一添加剂的量在0.1重量份至3.0重量份的范围内，优选地第一添加剂的量在0.1重量份至2.0重量份的范围内。
[0019]进一步地，在上述电解液中，基于100重量份的有机溶剂与锂盐，第二添加剂的量在0.1重量份至3.0重量份的范围内，优选地第二添加剂的量在0.1重量份至2.0重量份的范围内。
[0020]根据本专利技术的又一个方面，提供了一种锂离子二次电池，包括：正极、负极、隔膜、以及前文描述的电解液。
[0021]通过本专利技术的电解液添加剂、包含该电解液添加剂的电解液以及包括该电解液的锂离子二次电池，抑制了锂离子二次电池的产气膨胀，改善了SEI膜的构成，有效降低了锂离子二次电池的内阻并且提高了锂离子二次电池的循环性能。
附图说明
[0022]图1示出了实施例2和比较例1
‑
3的高温循环性能图谱。
[0023]图2示出了实施例2和比较例1
‑
3的循环后阻抗图谱。
具体实施方式
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各个实施例及各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专利技术。以下的实施例仅为示例性的，并不用来构成对于本专利技术保护范围的限制。
[0025]如
技术介绍
中所说明的，现有技术中的锂离子二次电池中通常使用氟代碳酸亚乙酯(FEC)等作为负极成膜添加剂。然而，在使用FEC等碳酸酯类添加剂时会出现产气导致锂离子二次电池膨胀和性能劣化的问题。针对现有技术中的问题，本专利技术的一个典型的实施方式提供了一种电解液添加剂，该电解液添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂具有由以下式(1)所示的结构：
[0026][0027]其中，R1和R2各自独立地选自氟，C1至C3烷氧基，或者可选被氟、C1至C3烷基或C1至C3全氟烷基取代的苯基，
[0028]第二添加剂选自以下物质中的任一种：
[0029][0029]或者
[0030]本专利技术采用全氟环戊烯类化合物作为第一添加剂，该全氟环戊烯类化合物采用氟原子代替了现有技术添加剂中的氧原子与羰基，该添加剂分解时以氟离子代替了CO和/或CO2等碳基基团，避免了产气。同时，通过改变烯基位置取代基的官能团，可以有效调控电解液添加剂的反应电位，从而调控其他功能性添加剂或溶剂的分解电位，这有利于添加剂与溶剂的保护机制。同时，可以有效抑制锂离子二次电池的产气膨胀并且提高锂离子二次电池的安全特性。全氟骨架结构的引入可以有效提高电解液的浸润性与温度特性。另外，第一添加剂的烯基位置取代基官能团的改变，可以形成多级分解反应，起到协同作用。
[0031]本专利技术的第一添加剂优先于溶剂在锂离子二次电池负极的表面分解形成固体电解质界面膜(SEI膜)以保护溶剂与电极，同时形成LiF。LiF作为SEI膜中重要的无机盐成分可以改性SEI膜，从而可以提高锂离子电导率，并且可以改善锂离子二次电池的循环稳定性。第一添加剂分解时不产生CO和/或CO2等碳基基团，可以有效解决现有技术中FEC等碳酸酯类添加剂产气导致锂离子二次电池膨胀和性能劣化的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，所述第一添加剂具有由以下式(1)所示的结构：其中，R1和R2各自独立地选自氟，C1至C3烷氧基，或者可选被氟、C1至C3烷基或C1至C3全氟烷基取代的苯基，所述第二添加剂选自以下物质中的任一种：或者2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，R1和R2各自独立地选自被C1至C3全氟烷基取代的苯基。3.根据权利要求2所述的电解液添加剂，其特征在于，R1和R2各自独立地选自被三氟甲基取代的苯基。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电解液添加剂，其特征在于，所述第二添加剂为5.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述第一添加剂选自以下物质中的任一种：
或者6.根据权利要求1至3中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈英韬，钟昊悦，薛曼利，朱诚，张昊，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：