一种三元高电压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，公开了一种三元高电压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电压锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质锂盐、电解液添加剂，所述电解液添加剂中包含成膜添加剂、草酸盐类添加剂和硅烷类添加剂，所述成膜添加剂中包含异氰酸酯基化合物，异氰酸酯基化合物的结构式如式(Ⅰ)所示：其中，取代基R1、R2独立地选自1

【技术实现步骤摘要】
一种三元高电压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电压锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着科技进步，人们对生活环境的质量要求不断提高，而化石能源的日益枯竭和消耗等带来的环境污染问题也越发严重，清洁可再生新能源的研究开发成为当务之急。虽然目前已有大量新能源被开发使用，如太阳能、风能、潮汐能和地热能等，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。随着纯电动汽车、混合动力汽车及便携式储能设备等对锂离子电池容量要求的不断提高，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]提高工作电压可提升锂离子电池的能量密度，但传统碳酸酯电解液电化学窗口较窄，电压升高后，一方面电解液自身会发生分解；另一方面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发生危险。以上问题限制了高电压锂离子电池的发展。因此，需要开发耐高压的电解液，使电解液体系兼具高能量密度和高稳定性，满足电解液在高电压下对循环、储存性能的需求。
[0005]中国专利申请CN202111445815.7提供了一种电解液及包括该电解液的电化学装置，该专利申请中所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含添加剂A、添加剂B以及添加剂C；其中，所述添加剂A选自腈类化合物中的至少一种，所述添加剂B选自氟代碳酸乙烯酯，所述添加剂C选自异氰酸酯中的至少一种，该专利技术的电解液用在锂离子电池中，可显著提升电池的循环寿命与安全性能。然而，该专利技术添加剂中需同时含有异氰酸酯、腈类化合物与氟代碳酸乙烯酯这三类/种物质，发挥协同效应，在负极表面共同参与成膜，形成有机
‑
无机复合型SEI膜，从而获得强度和韧性较高的SEI膜，提高电池循环寿命，其中，氟代碳酸乙烯是必需的，使用起来限制较大，缺乏替代方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种三元高电压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电压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和高稳定性，有利于满足电解液在高电压下对循环、储存性能的需求。
[0007]为达到本专利技术的目的，本专利技术的三元高电压锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质锂盐、电解液添加剂，所述电解液添加剂中包含成膜添加剂、草酸盐类添加剂
和硅烷类添加剂，所述成膜添加剂中包含异氰酸酯基化合物，所述异氰酸酯基化合物的结构式如式(Ⅰ)所示：
[0008][0009]其中，取代基R1、R2独立地选自1
‑
4个碳的烷基、烷氧基、酯基、烯基、炔基、氟代烷基、氰基、异氰酸酯基，且至少含有一个异氰酸酯基。
[0010]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述异氰酸酯基化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：
[0011][0012]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述异氰酸酯基化合物在电解液中的质量百分比为0.05
‑
1％。
[0013]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述成膜添加剂中还包含1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸亚乙酯(DTD)中的一种或多种。
[0014]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸亚乙酯(DTD)在电解液中的质量百分比为0.3
‑
1.5％。
[0015]优选地，在本专利技术的一些实施例中，成膜添加剂中还包含碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸亚乙酯(DTD)中的一种，或1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)和硫酸亚乙酯(DTD)。
[0016]进一步地，所述碳酸亚乙烯酯(VC)在电解液中的质量百分比为0.35
‑
0.65％；所述硫酸亚乙酯(DTD)在电解液中的质量百分比为0.8
‑
1.2％；所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)在电解液中的质量百分比为0.3
‑
1.2％。
[0017]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述草酸盐类添加剂选自二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)和双草酸硼酸锂(LiBOB)中的一种或多种。
[0018]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述草酸盐类添加剂在电解液中的质量百分比为0.1
‑
2％；进一步优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述草酸盐类添加剂在电解液中的质量百分比为0.35
‑
0.65％。
[0019]进一步地，在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷类添加剂选自三(三甲基硅基)磷酸酯(TMSP)、三(三甲基硅基)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基硅基)亚磷酸酯(TMSPi)中的一种或多种。
[0020]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷类添加剂为三(三甲基硅基)硼酸酯(TMSB)。
[0021]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷类添加剂在电解液中的质量百分比为0.3
‑
0.8％。
[0022]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(LiPF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、四氟硼酸锂(LiBF4)中的一种或多种。
[0023]优选地，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百分比为10
‑
20％。
[0024]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)；进一步优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述六氟磷酸锂在电解液中的质量百分比为10
‑
15％。
[0025]进一步优选地，所述电解质锂盐中还包含双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和二氟磷酸锂(LiPO2F2)中的一种；进一步优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)或二氟磷酸锂(LiPO2F2)在电解液中的质量百分比为0.35
‑
0.65％。
[0026]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(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或多种。
[0027]优选地，在本专利技术的一些实施例中，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述三元高电压锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质锂盐、电解液添加剂，所述电解液添加剂中包含成膜添加剂、草酸盐类添加剂和硅烷类添加剂，所述成膜添加剂中包含异氰酸酯基化合物，所述异氰酸酯基化合物的结构式如式(Ⅰ)所示：其中，取代基R1、R2独立地选自1
‑
4个碳的烷基、烷氧基、酯基、烯基、炔基、氟代烷基、氰基、异氰酸酯基，且至少含有一个异氰酸酯基。2.根据权利要求1所述的三元高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述异氰酸酯基化合物选自以下结构式所示化合物中的至少一种：优选地，所述异氰酸酯基化合物在电解液中的质量百分比为0.05
‑
1％。3.根据权利要求1所述的三元高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述成膜添加剂中还包含1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸亚乙酯(DTD)中的一种或多种；优选地，所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸亚乙酯(DTD)在电解液中的质量百分比为0.3
‑
1.5％；优选地，所述成膜添加剂中还包含碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸亚乙酯(DTD)中的一种，或1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)和硫酸亚乙酯(DTD)。4.根据权利要求3所述的三元高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述碳酸亚乙烯酯(VC)在电解液中的质量百分比为0.35
‑
0.65％；所述硫酸亚乙酯(DTD)在电解液中的质量百分比为0.8
‑
1.2％；所述1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)在电解液中的质量百分比为0.3
‑
1.2％。
5.根据权利要求1所述的三元高电压锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述草酸盐类添加剂选自二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)和双草酸硼酸锂(LiBOB)中的一种或多种；优选地，所述草酸盐类添加剂在电解液中的质量百分比为0.1
‑
2％；优选地，所述草酸盐类添加剂在电解液中的质量百分比为0.35
‑
0.65％。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：付向天，朱学全，黄慧聪，邱阳，
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：