一种锂离子电池电解液及包含其的锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。该电解液包括电解质盐、酯类溶剂和添加剂，所述添加剂的结构式如下：，其中，R1为含卤甲基，包括三氟甲基，二氟甲基，氟代甲基，三氯甲基，二氯甲基，氯代甲基；R2为卤族原子，包括氟，氯，溴，碘。该电解液不仅与石墨类负极材料具有优异的兼容性，还能改善有机溶剂在隔膜上的浸润性。使用该电解液制备的锂离子电池具有良好的循环稳定性。离子电池具有良好的循环稳定性。离子电池具有良好的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及包含其的锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池电解液及包含该电解液的锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有高比容量、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于3C数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域。电子信息技术及消费产品的快速发展对锂离子电池能量密度性能提出了更高的要求。目前，商业化的锂离子电池的负极材料主要是石墨类材料，采用的电解质通常是液态有机电解质。普通的液态有机电解质的稳定电压窗口为0.8~4.5V，而石墨负极在大约0.05V电压下工作，超出了电解质的稳定电压窗口。因此，理论上锂离子电池的石墨负极在热力学上是不稳定的。然而，在锂离子电池首次充放电过程中，电解液中多种物质在石墨负极/电解液表面发生还原反应，从而形成了钝化保护层，通常称为固态电解质界面薄膜(SEI)。SEI层是良好的Li
+
导体，但对电子流来说是绝缘体，这层膜的存在将石墨与电解液隔离开，限制了电解液的进一步分解，因此，以石墨为负极的锂离子电池可以循环使用并保持稳定。良好的SEI层对于提高石墨电极的使用寿命有着重要的意义，然而在实际的电池使用环境中生成的SEI膜并不完美，不仅未溶剂化的锂离子可以通过，溶剂化的阳离子、电子、阴离子、溶剂和溶质也能通过。在锂嵌入过程中石墨颗粒会发生较小的体积膨胀，此时石墨颗粒表面的SEI层将会发生破裂，从而产生新的SEI层，消耗电解液、内阻增加，严重者导致热失控，造成石墨负极老化失效。石墨负极在充放电循环过程中，石墨层状结构的层间距扩大用于容纳Li
+
，Li
+
的嵌入会产生体积膨胀，使得石墨在长期的充放电循环过程中产生了裂纹和空隙，这些裂纹的扩大会导致石墨颗粒开裂和脱落；而溶剂化的锂离子在石墨层之间发生氧化还原反应产生的气体会进一步对石墨颗粒造成破坏和脱落。
[0003]酯类有机溶剂尤其是碳酸酯类溶剂具有液程宽、耐高压、高介电常数等优点，是十分有潜力的电解液溶剂，但是这类溶剂与石墨类负极材料的界面不兼容性限制了它们的应用。一方面，溶剂分子共嵌入石墨结构中，导致层状结构被破坏；另一方面，溶剂在石墨表面持续分解，导致界面的劣化。因此改善电解液的电化学特性、解决酯类有机溶剂与石墨的兼容性具有重要意义和价值。
[0004]成膜添加剂（例如碳酸亚乙烯酯，VC）被大量报道用于酯类有机溶剂的电解液中分解成膜，但是成膜添加剂的过量引入导致界面阻抗的增厚，且酯类有机溶剂高粘度、浸润性差的物理特性并不能因此改善。因此，有必要开发出能降低电解液粘度、改善界面浸润性并与石墨类负极材料兼容性好的新型电解液。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种锂离子电池电解液。该电解液不仅与石墨类负极材料具有优异的兼容性，还能改善有机溶剂在隔膜上的浸润性，提高锂离子电池的
循环稳定性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种锂离子电池的电解液，包括电解质盐、酯类溶剂和添加剂，所述添加剂的结构式如下：
[0008]，其中，R1为含卤甲基，包括三氟甲基，二氟甲基，氟代甲基，三氯甲基，二氯甲基，氯代甲基；R2为卤族原子，包括氟，氯，溴，碘。
[0009]所述添加剂具有苯环结构，能产生电子共轭效应，其与石墨类负极材料能够形成π
‑
π堆积，从而倾向于吸附在负极材料表面形成保护层，同时改善电解液的界面浸润性。此外，R2的卤族原子（如氟原子）容易发生脱卤元素反应，产生富含卤化锂的SEI层，提升与石墨类负极材料的兼容性。R1的含卤甲基具有较强的吸电子能力，能与阴离子发生相互作用，进而改善电解液的离子传输性质。本专利技术中石墨类负极材料是指材料中含有不同含量的碳元素的各种负极材料。
[0010]优选地，所述电解质盐、所述酯类溶剂和所述添加剂的摩尔比为1:(1~7):(3~9)。
[0011]所述电解质盐、所述酯类溶剂和所述添加剂的摩尔比在此范围内时，电解液与石墨类负极的兼容性更好，更不易发生共嵌入，电解液粘度更低。
[0012]进一步优选地，所述电解质盐、所述酯类溶剂和所述添加剂的摩尔比为1:(1~5):(5~7)。
[0013]再进一步优选地，所述电解质盐的摩尔量与所述酯类溶剂、所述添加剂的总摩尔量之和的比为1:10。
[0014]更进一步优选地，所述电解质盐、所述酯类溶剂和所述添加剂的摩尔比为1: 5:5。
[0015]优选地，所述电解质盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂中的至少一种。
[0016]优选地，所述酯类溶剂包括碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂、磷酸酯类溶剂中至少一种。
[0017]进一步优选地，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中至少一种；或/和所述羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯，乙酸甲酯，甲酸甲酯，丙酸甲酯中至少一种；或/和所述磷酸酯类溶剂包括磷酸甲酯、磷酸乙酯中至少一种。
[0018]优选地，所述电解液中还包含氟代碳酸乙烯酯。
[0019]进一步优选地，所述氟代碳酸乙烯酯的加入质量为所述电解质盐、所述酯类溶剂和所述添加剂总质量的2%。
[0020]本专利技术还提供包含所述电解液的锂离子电池。
[0021]优选地，所述锂离子电池的负极材料包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硅碳复合材料、合金负极材料与碳的复合材料。本专利技术中制备的电解液具有优良的石墨兼容性，可用于以含有不同石墨量（即碳含量不同）的材料作为负极材料的锂离子电池中。
[0022]优选地，所述锂离子电池的正极材料包括磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料、镍锰酸锂材料、富锂锰基材料、LiNi
(1
‑
x
‑
y)
Co
x
Mn
y
O2材料，其中0<x<1且0<y<1。
[0023]本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术中的锂离子电池电解液与石墨类
负极材料具有优异的兼容性。电解液中的添加剂能显著改善电解液在隔膜上的浸润性。使用该电解液制备的锂离子电池，具有良好的循环稳定性。在电解液中添加氟代碳酸乙烯酯（FEC）后，电解液中的添加剂与FEC具有协同作用，能进一步提升锂离子电池的循环稳定性。
附图说明
[0024]图1为实施例1和对比例2的电解液分别在石墨/Li半电池中的首次充放电曲线图；
[0025]图2为实施例1、对比例1~2的电解液与隔膜的界面接触角的示意图；
[0026]图3为实施例1、对比例1和实施例8制备的石墨/Li半电池在循环100圈后的NCM811的XRD图。
具体实施方式
[0027]以下结合实施例对本专利技术技术方案进行清楚、完整的描述，显然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的电解液，其特征在于，包括电解质盐、酯类溶剂和添加剂，所述添加剂的结构式如下：，其中，R1为含卤甲基，包括三氟甲基，二氟甲基，氟代甲基，三氯甲基，二氯甲基，氯代甲基；R2为卤族原子，包括氟，氯，溴，碘。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐、所述酯类溶剂和所述添加剂的摩尔比为1:(1~7):(3~9)。3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐、所述酯类溶剂和所述添加剂的摩尔比为1:(1~5):(5~7)。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂中的至少一种。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述酯类溶剂包括碳酸酯类溶剂、羧酸酯类溶剂、磷酸酯类溶剂中至少一种。6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中至少一种；或/和所述羧酸酯类溶剂包...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳，覃明盛，曾子琪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：