一种三元高镍锂离子电池非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种三元高镍锂离子电池非水电解液及锂离子电池。本发明专利技术的三元高镍锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质锂盐、成膜添加剂，所述成膜添加剂中包含磷酸盐类化合物，所述磷酸盐类化合物的结构式如式(Ⅰ)所示：其中，取代基R1、R2各自独立地选自1

【技术实现步骤摘要】
一种三元高镍锂离子电池非水电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体是涉及一种三元高镍锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]化石能源的日益枯竭和消耗等带来的环境污染问题越发严重，清洁可再生新能源的研究开发成为当务之急。目前已有大量新能源如太阳能、风能、潮汐能和地热能等被开发使用，但这些能源在时间和空间上受限，需要适当的转换和存储才能使用。
[0003]锂离子电池作为一种绿色环保高能电池，是目前世界上最为理想也最具有潜力的可充电电池。相比于其他电池，其具备无记忆效应、可快速充放电、能量密度高、循环寿命长和无环境污染等一系列优点，因此广泛应用于小型电子设备，如笔记本电脑、摄像机、手机、电子手表等。然而，纯电动汽车、混合动力汽车及便携式储能设备等对锂离子电池容量的要求不断提高，人们期待研发具有更高能量密度、功率密度的锂离子电池来实现长久续航及储能。
[0004]对于三元正极锂离子电池，提高正极中镍的含量可提升锂离子电池的能量密度，但高镍正极充放电过程中可能会有金属离子的溶出和材料结构的塌陷，高压下正极氧化能力增强、大量的金属溶解、气体析出以及材料相变使得电池失效甚至可能发生危险，这些问题限制了高镍锂离子电池的使用和发展。因此，需要开发适配高镍正极的电解液。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供了一种三元高镍锂离子电池非水电解液及锂离子电池。本专利技术的三元高镍锂离子电池非水电解液通过优化配方，在独特组合的多种组分的共同作用下，使电解液体系兼具高能量密度、高安全性能，在电解液适配角度，满足高镍正极电池对循环性能的需求。
[0006]为达到本专利技术的目的，本专利技术的三元高镍锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质锂盐、成膜添加剂，所述成膜添加剂中包含磷酸盐类化合物，所述磷酸盐类化合物的结构式如式(Ⅰ)所示：
[0007][0008]其中，取代基R1、R2各自独立地选自1
‑
4个碳的烷基、烯基、炔基、氟代烷基及氰基。
[0009]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述取代基R1、R2各自独立地选自1
‑
4个碳的烯基、炔基、氟代烷基及氰基，所述氟代烷基中仅端基碳原子上的氢原子被氟取代。
[0010]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述磷酸盐类化合物选自以下化合物中的至少一种：
[0011][0012]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述磷酸盐类化合物在电解液中的质量占比为0.5
‑
1％。
[0013]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述添加剂中还包含1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,
3
‑
丙烯磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸亚乙酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硫酸乙烯酯中的至少一种。
[0014]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,3
‑
丙烯磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸亚乙酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硫酸乙烯酯在电解液中的质量占比为0.5
‑
5％。
[0015]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述添加剂中还包含1,3
‑
丙烷磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯和硫酸乙烯酯，其在电解液中的质量占比分别为0.3
‑
0.7％、0.3
‑
0.7％、0.3
‑
0.7％、0.7
‑
1.3％，优选为0.5％、0.5％、0.5％、1％。
[0016]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂与双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或多种的混合物。
[0017]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂与双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂的混合物，进一步优选地，所述六氟磷酸锂与双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂在电解液中的质量占比分别为10
‑
15％、0.7
‑
1.3％、0.7
‑
1.3％，优选为12.5％、1％、0.8％。
[0018]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述电解质锂盐在电解液中的质量占比为10
‑
20％。
[0019]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种的混合物。
[0020]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的质量比为25
‑
35：15
‑
25：45
‑
55。
[0021]另一方面，本专利技术还提供了一种三元高镍锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、负极、隔膜和本专利技术前述三元高镍锂离子电池非水电解液。
[0022]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述正极的活性物质为三元NCM材料；所述负极的材料为天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅氧负极、硅负极中的一种或几种。
[0023]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述锂离子电池的上限截止电压为4.2
‑
4.25V。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0025](1)本专利技术的高镍锂离子电池非水电解液中，具有特定结构式的磷酸盐类化合物所含有的官能团在正负极形成稳定的CEI与SEI膜，抑制正极与电解液的副反应，优化水酸环境，防止气体生成、抑制界面电阻增长，保证了电池的循环性能、提升了电池的热稳定性。
[0026](2)本专利技术的高镍锂离子电池非水电解液通过优化配方，改善溶剂，具有特定结构式的磷酸盐类化合物、混合锂盐、其它添加剂的共同作用，可确保高镍锂离子电池获得优良的循环性能，使电解液体系兼具高能量密度和高稳定性。
具体实施方式
[0027]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，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发
明，并不用于限定本专利技术。
[0028]本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0029]连接词“由
…
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由
…
组成”出现在权利要求主体的子句中而不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元高镍锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述三元高镍锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质锂盐、成膜添加剂，所述成膜添加剂中包含磷酸盐类化合物，所述磷酸盐类化合物的结构式如式(Ⅰ)所示：其中，取代基R1、R2各自独立地选自1
‑
4个碳的烷基、烯基、炔基、氟代烷基及氰基。2.根据权利要求1所述的三元高镍锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述取代基R1、R2各自独立地选自1
‑
4个碳的烯基、炔基、氟代烷基及氰基，所述氟代烷基中仅端基碳原子上的氢原子被氟取代。3.根据权利要求1所述的三元高镍锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述磷酸盐类化合物选自以下化合物中的至少一种：
优选地，所述磷酸盐类化合物在电解液中的质量占比为0.5
‑
1％。4.根据权利要求1所述的三元高镍锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述添加剂中还包含1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,3
‑
丙烯磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸亚乙酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硫酸乙烯酯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的三元高镍锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯、1,3
‑
丙烯磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸亚乙酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硫酸乙烯酯在电解液中的质量占比为0.5
‑
5％；优选地，所述添加剂中还
包含1,3
‑
丙烷磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯和硫酸乙烯酯，其在电解液中的质量占比分别为0.3
‑
0.7％、0.3

【专利技术属性】
技术研发人员：付向天，朱学全，黄慧聪，邱阳，张晓宇，赵倩，王建斌，
申请(专利权)人：杉杉新材料衢州有限公司，
类型：发明
国别省市：