一种锂离子电池电解液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池及其电解液制造，具体涉及一种锂离子电池电解液及其应用。本发明专利技术以添加剂1和添加剂2、锂盐，以及有机溶剂为主要成分，配制得到锂离子电池电解液。添加剂2为常用锂离子电池添加剂，添加剂1为一种含不饱和官能团的硅氧环状有机物添加剂。添加剂1通过硅氧组成六元环与包含不饱和双键的官能团的聚合反应，与添加剂2协同作用，形成高聚物包覆负极，提高SEI的稳定性，以达到延长锂离子电池循环寿命的目的。池循环寿命的目的。池循环寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及其应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池及其电解液制造，具体涉及一种锂离子电池电解液及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池高工作电压和高能量密度，以及长循环寿命的特点使其广泛应于与储能、乘用车等领域，并成为新能源的代名词。超长的循环寿命仍是锂离子电池及其应于领域所关注的热点。
[0003]目前锂离子电池生产多以人造石墨、中间相碳微球等碳素材料为负极材料，在锂离子电池首次充电过程中，这类负极材料表面会形成一层固态电解质界面(SEI膜)，SEI膜的形成为影响锂离子电池首次充放电效率的关键因素。一方面SEI膜具有电子绝缘、离子传导的特性，可防止电解液与石墨接触、电解液被还原，关系锂离子电池负极界面的稳定与循环寿命，另一方面，锂离子在进行充放电过程中，石墨会周期性的膨胀、收缩，引起SEI的破损与生长，这会消耗活性锂离子、降低电池容量。
[0004]目前，为提高电池首次充放电效率与电池的能量密度，负极预锂化及其应用被广泛研究；针对因SEI膜周期性生长而产生的循环容量衰减的问题，含VC(碳酸亚乙烯酯)等添加剂被广泛应用，学术上认为VC得到电子后不饱和键打开生成高聚物Li
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Poly(VC)，高聚物可降低石墨膨胀过程中SEI膜破损的风险，有助于提升SEI的稳定性。此类SEI改性添加剂或含有不饱和键、或含有特殊官能团、或为环状有机物等。过渡金属溶出问题普遍存在与以Li(Ni,Co,Mn)O2、LiFePO4、LiMn2O4等为正极材料的锂离子电池中，溶出的金属离子或以金属单质的形式沉积于负极表面，或以金属盐沉积于负极表面，沉积的金属单质与金属离子均会对SEI膜产生不利影响，如《锰酸锂
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石墨电池容量衰减过程及其调控方法的研究》论文中指出，沉积的Mn
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离子会降低SEI膜的Li
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传导能力。
[0005]申请号为CN202111545635.6的中国专利《一种锂离子电池电解液及其制备方法和应用》提供了一种锂离子电池电解液及其制备方法和应用。所述电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯和双氟草酸硼酸锂，该专利技术通过调控添加剂的种类与添加量来提高电池的电化学性能。其不足之处在于，高温下循环寿命仍旧有限。
[0006]综上所述，为满足锂离子电池在高温环境下超长循环寿命、高安全、高能量密度的要求，现有锂离子电池电解液仍有待开发。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术中锂离子电池在高温环境下循环寿命较低、安全性不高，以及需要提高能量密度的问题，本专利技术提供了一种锂离子电池电解液，该锂离子电池电解液包含添加剂1和添加剂2、锂盐，以及有机溶剂。本专利技术物料便宜易得，反应条件温和，制得的锂离子电池有高能量密度，在高温环境下具有超长循环寿命的同时，还兼顾安全性。
[0008]本专利技术具体的技术方案为：
第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液包括：添加剂1和添加剂2、锂盐，以及有机溶剂。
[0009]本专利技术锂离子电池电解液以添加剂1和添加剂2、锂盐，以及有机溶剂为主要成分，添加剂2为常用锂离子电池添加剂，添加剂1或含有不饱和键、或含有特殊官能团、或为环状有机物等作为负极成膜添加剂对SEI改性。添加剂1和添加剂2协同作用，改善了锂离子电池电解液的性能，提高了高温环境下锂离子电池的循环寿命。添加剂1和添加剂2优异的协同效果，使得锂离子电池电解液在高温条件下性能稳定，制得的锂离子电池有高能量密度的同时，在高温环境下具有超长循环寿命。
[0010]作为优选，所述添加剂1的结构式如下：其中，R1为H、CH3、CH2CH3、OCH3、OCH2CH3、CH2OCH3或CH2OCH2CH3中的一种；R2为CH＝CH2、CH＝CHCH3、CH2CH＝CH2、CH2CH＝CH2或CH2CH＝CHCH3中的一种。
[0011]锂离子电池中普遍存在着过渡金属溶出的问题，溶出的金属离子或以金属单质的形式沉积于负极表面，或以金属盐沉积于负极表面，沉积的金属单质与金属离子均会对SEI膜产生不利影响。添加剂1是一种含不饱和官能团的硅氧环状有机物添加剂，该有机物添加剂硅氧组成六元环与包含不饱和双键的官能团，其作为负极成膜添加剂在电解液中添加，能够对SEI改性，提高SEI膜的Li
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传导能力。通过添加剂1不饱和官能团的聚合反应，形成高聚物包覆负极，能够提高SEI的稳定性，以达到延长锂离子电池循环寿命的目的。
[0012]作为优选，所述添加剂1的R1为CH3，R2为CH＝CH2。
[0013]作为优选，所述添加剂1与所述锂离子电池电解液的质量之比为(0.5～3)：100。
[0014]更优选地，所述添加剂1与所述锂离子电池电解液的质量之比为(0.5～1)：100。
[0015]本专利技术团队基于实验和理论研究发现，当添加剂1与锂离子电池电解液的质量之比大于3％时，会降低电解液的性能，推测原因在于，添加剂1作为负极成膜添加剂与添加剂2协同作用，发生了副反应，产生了副产物，进而抑制了电池反应。基于此，本专利技术将添加剂1与锂离子电池电解液的质量之比控制在(0.5～3)：100之间时，能够减少副产物的形成，优化电解液的性能。最好将添加剂1与锂离子电池电解液的质量之比控制在(0.5～1)：100之间，能够最大程度优化电解液的性能，提高电池容量，延长循环寿命。
[0016]作为优选，所述添加剂2为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
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丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3
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丙烯磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二氟二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、己二腈和辛二腈中的一种或几种。
[0017]更优选地，所述添加剂2为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯脂、1,3
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丙烷磺酸内酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二氟二草酸磷酸锂和辛二腈中的一种或几种。
[0018]因SEI膜周期性生长而产生的循环容量衰减的问题，添加剂2作为常用锂离子电池添加剂在锂离子电池电解液中添加。通过上述技术方案，添加剂2改善Li
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的插层动力学，在电极表面构筑低阻抗界面SEI膜，有助于电荷在电极表面的快速交换反应，从而使得锂离子电池的各项性能在宽温带下表现优异。学术上认为VC得到电子后不饱和键打开生成高聚物Li
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Poly(VC)，高聚物可降低石墨膨胀过程中SEI膜破损的风险，有助于提升SEI的稳定性。本专利技术团队基于实验和理论研究发现，添加剂2为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯脂、1,3
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丙烷磺酸内酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二氟二草酸磷酸锂和辛二腈中的一种或几种时，能够最大程度优化电解液的性能，提高电池容量，延长循环寿命。
[0019]作为优选，所述添加剂2与所述锂离子电池电解液的质量之比为(0.5～5)：1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液包括：添加剂1和添加剂2、锂盐，以及有机溶剂。2.如权利要求1所述锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂1的结构式如下：其中，R1为H、CH3、CH2CH3、OCH3、OCH2CH3、CH2OCH3或CH2OCH2CH3中的一种；R2为CH＝CH2、CH＝CHCH3、CH2CH＝CH2、CH2CH＝CH2或CH2CH＝CHCH3中的一种。3.如权利要求1所述锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂1与所述锂离子电池电解液的质量之比为(0.5～3)：100。4.如权利要求3所述锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂1与所述锂离子电池电解液的质量之比为(0.5～1)：100。5.如权利要求1所述锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂2为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
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丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1,3
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丙烯磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二氟二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷少帆，常林荣，齐敏杰，杨丹丹，陈广有，苏锋，何福俭，陆鹏飞，常福荣，
申请(专利权)人：浙江超恒动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：