一种锂电池电解液及锂电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂电池电解液及锂电池。根据本发明专利技术的锂电池电解液，组分包括有机溶剂、锂盐、含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物和9,10

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池电解液及锂电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂电池电解液及锂电池。

技术介绍

[0002]自从LiCoO2阴极与石墨阳极被组合成世界上第一只可充电锂离子电池后，锂离子电池进入高速发展阶段。在随后的二十多年里，科研人员开发了多种多样的正负极活性材料，如正极有LiCoO2、LiNi
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Co
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Mn
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O2、LiFePO4等，负极有石墨、硬碳、Li4Ti5O
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等。这些活性材料各有其特点，通常应用于不同的领域。如LiNi
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Co
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Mn
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O2循环性能优异，因此常应用于动力电池领域。而LiCoO2的压实密度远高于其他正极材料，因此其常用于对体积能量密度要求较高的场景，如便携式电子设备。负极材料中，石墨由于其综合性能较优，因此在各个领域均有较广泛的应用。
[0003]目前在便携式电子设备领域，LiCoO2与石墨的组合为最常见的正负极组合。在保证体积能量密度较高的同时，电化学性能也较为优异。为了不断提高电池的能量密度，正极活性材料LiCoO2的电压不断提高。随着电压的提高，正极活性材料的氧化性越来越强，对电解液耐氧化性的要求也越来越高。现阶段石墨较低的能量密度限制了锂离子电池的发展，于是较高容量的硅负极活性材料开始进入人们的视野。然而硅负极材料在充放电过程中会发生巨大的体积变化，导致负极的SEI膜处于不稳定状态，会导致硅负极锂离子电池的循环性能严重恶化。同时硅会与电解液中的HF反应生成SiF4导致硅颗粒被腐蚀，而电解液的主要成分LiPF6在锂离子电池的使用过程中会不断分解产生HF，会对硅负极颗粒造成致命影响。此外，硅负极活性材料的首效较低，会对锂离子电池的循环性能造成不利影响。
[0004]因此，需要同时采用补锂技术以延长电池的循环寿命。Li5FeO4具有成本低，工艺简单，性能稳定等特点，适合作为补锂材料。但Li5FeO4在化成、后续充放电过程及高温存储过程中会放出较多的活性氧及单线态氧，会导致电解液发生氧化，致使电芯产气严重。综上，仍需开发一种新的电解液。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种锂电池电解液，该电解液既能适用于高电压体系，又能保护硅负极活性材料，还能吸收化成过程中Li5FeO4释放的活性氧及单线态氧，延长了电池的使用寿命。
[0006]本专利技术还提供了一种锂电池。
[0007]本专利技术的第一方面提供了一种锂电池电解液，组分包括有机溶剂、锂盐、含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物、成膜添加剂和9,10
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二甲基蒽，所述有机溶剂包括具有如式I所示结构的溶剂：
[0008][0009]含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物具有如式II所示的结构：
[0010][0011]R1～R3独立地选自取代或非取代的C1～C
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的烷基或烷氧基，R1和/或R2中至少含有1个F取代基。
[0012]本专利技术关于锂电池电解液的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0013]本专利技术的锂电池电解液，通过引入氟代溶剂，取代溶剂体系中的部分组分，形成一种由氟代溶剂、锂盐、含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物和9,10
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二甲基蒽组成的新型电解液体系，提高了电解液的耐氧化性，改善了循环性能与高温存储性能。醚类化合物中的H原子被F原子取代后，由于F原子具有强烈的吸电子效应，可使溶剂的HOMO轨道的能量降低，其HOMO轨道中的电子更难被夺取，因此氟代后可明显提升醚类的耐氧化性能，在具有低粘度特点的同时提高电解液的循环性能，进而延长电池的循环寿命。同时氟代溶剂能在负极表面发生还原分解，形成富含LiF的固体电解质界面膜(SEI)，该界面膜具有较高的杨氏模量，可有效抑制硅的体积效应导致的SEI膜破裂，并且具有较高的离子电导率，可有效抑制锂枝晶的形成，同时氟代有机物具有良好的阻燃性能，因此可改善电池的循环性能、高温性能及热箱性能。
[0014]引入含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物作为添加剂，
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NCO既可吸收H2O、HF等物质，减少HF的含量，避免HF对硅颗粒及正极活性材料表面的腐蚀，继而导致循环性能恶化；同时又可在负极发生聚合成膜，形成高稳定性的SEI膜，保护硅基负极材料。而硅烷基团可在负极表面成膜，形成含Si的SEI膜，具有保护硅负极材料的作用。
[0015]Li5FeO4由于其固定的特性，在化成的过程中会释放出较多的活性氧，在高温存储过程中也会有少量的活性氧释放出来。LiCoO2在循环过程中，由于晶格中的Co及O的能带存在重合，在充电过程中，O也会参与电荷转移，导致O转化为单线态氧1O2，1O2后续又会转化为活性氧，两者均具有极强的氧化性，会导致电解液发生氧化，导致循环性能恶化。而9,10
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二甲基蒽DMA具有吸收活性氧及单线态氧1O2的作用，加入电解液后，可吸收化成过程中Li5FeO4晶格释放的活性氧及循环过程中LiCoO2释放的活性氧及单线态氧1O2，避免其导致电解液氧化，进而造成电池循环性能恶化及高温存储过程中产气。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述有机溶剂包括具有如式A1至A7所示结构式的化合物中的至少一种：
[0017][0018][0019][0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物包括具有如式B1至B4所示结构式的化合物中的至少一种：
[0021][0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiDFP)、二氟双草酸磷酸锂(LiODFP)、四氟草酸磷酸锂(LiOTFP)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的至少一种。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述锂盐的含量占电解液总质量的0.1wt％～
25wt％。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述式I所示结构的溶剂占电解液总质量的0.5wt％～30wt％。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述式I所示结构的溶剂占电解液总质量的5wt％～25wt％。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物的含量占电解液总质量的0.1wt％～5wt％。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物的含量占电解液总质量的0.2wt％～3wt％。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述9,10
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二甲基蒽的含量占电解液总质量的0.1wt％～5wt％。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述9,10
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二甲基蒽的含量占电解液总质量的0.2wt％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池电解液，其特征在于，组分包括有机溶剂、锂盐、含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物和9,10
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二甲基蒽，所述有机溶剂包括具有如式I所示结构的溶剂：含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物具有如式II所示的结构：R1～R3独立地选自取代或非取代的C1～C
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的烷基或烷氧基，R1和/或R2中至少含有1个F取代基。2.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括具有如式A1至A7所示结构式的化合物中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于，所述含有硅烷基团的异氰酸酯类化合物包括具有如式B1至B4所示结构式的化合物中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐和双氟磺酰亚胺锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，姜文钊，洪祖川，熊伟，马斌，郑明清，李载波，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：