一种改善高温性能的电解液添加剂、电解液以及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种改善高温性能的电解液添加剂、电解液以及锂离子二次电池。该添加剂包括下述式I所示化合物和/或式Ⅱ所示化合物。该组合添加剂在高温条件下对电芯表面起到保护作用，有助于在正极表面形成一层致密的CEI膜，避免电极和电解液在高温时直接接触，同时延缓电解液的氧化分解反应。同时该组合添加剂能阻碍有害产物HF的产生和循环过程中NCM阴极过渡金属的溶解，可以有效地改善电解液的高温循环性能，从而大幅度地提高电池循环保持率。从而大幅度地提高电池循环保持率。从而大幅度地提高电池循环保持率。

【技术实现步骤摘要】
一种改善高温性能的电解液添加剂、电解液以及锂离子二次电池


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种改善高温性能的电解液添加剂、电解液以及锂离子二次电池。

技术介绍

[0002]近来，锂离子电池成为新的研究热点，并受到广泛关注。电动汽车领域关注混合动力汽车和移动设备电源用品等。这是由于其高能量密度、环境友好和经济好处。众所周知，高温是影响锂离子电池的性能、寿命和安全性重要因素。具体来说，一方面，锂离子电池的老化是在高温下加速。另一方面，锂离子电池的性能下降归因于锂盐和有机溶剂的热稳定性差。在高温下在这种情况下，电解液会分解并产生大量气体，容易引起电池的膨胀，从而降低其性能和安全性。因此，亟待开发一种改善高温性能的电解液。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种改善高温性能的添加剂及电解液。该添加剂可作为正负极成膜添加剂，能够在高镍正极及负极石墨表面形成一层薄而稳定的界面膜，将电解液之间有效隔离，避免它们之间的氧化反应。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术所提供的电解液添加剂，包括下述式I所示化合物和/或式Ⅱ所示化合物：
[0006][0007]上述式I中的R1、R2、R3、R4可以相同或不同，均独立地选自下述基团中的任意一种：烷基、卤代烷基、苯基、磺酸基；
[0008]进一步地，所述烷基可为C1
‑
C4的直链或支链的烷基，具体如甲基、乙基、叔丁基等；所述卤代烷基可为C1
‑
C4的直链或支链的卤代烷基(具体如三氟甲基)；所述磺酸基可为烷基磺酸基或卤代烷基磺酸基，具体如三氟甲基磺酸基。
[0009]优选的，式I所示化合物选自下述任意结构式所示的化合物：
[0010][0011]为进一步使式Ⅰ与式Ⅱ的协同作用充分发挥，更优选的式Ⅰ所示化合物选自下述任意结构式所示的化合物：
[0012][0013]式II中，R5选自下述任意所示的基团：烷基、苯基、取代的苯基、氯代烃基。
[0014]进一步的，所述烷基可为C1
‑
C4的直链或支链的烷基，具体如甲基、乙基等；所述取代的苯基中的取代基为C1
‑
C4的直链或支链的烷基或C1
‑
C4的直链或支链的卤代烷基(具体如三氟甲基)；所述氯代烃基包括氯代烷基、氯代烯基、氯代炔基；
[0015][0016]进一步地，所述电解液添加剂中，式I所示化合物(添加剂A)与式Ⅱ所示化合物(添加剂B)的质量比为1:5～5:1。
[0017]本专利技术的另一个目的是提供一种锂离子二次电池电解液。
[0018]本专利技术所提供的锂离子二次电池电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述添加剂包括上述的电解液添加剂。
[0019]进一步地，所述添加剂可以仅为本专利技术上述的电解液添加剂；也可包括除了上述电解液添加剂外的其它其他功能添加剂。
[0020]较佳地，所述电解液添加剂(本专利技术提供的添加剂)的质量占所述锂盐和溶剂总质
量的0.1
‑
5％wt，更优的可为0.5～3wt％。
[0021]较佳地，所述电解液还包括其他功能添加剂，所述功能添加剂的浓度为0.5～5wt％，所述功能添加剂选自双氟磺酰亚胺锂盐、LiBF4、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、苯砜、碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、氟代碳酸乙烯酯中的任意一种或多种；优选的，所述功能添加剂选自碳酸亚乙烯酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、氟代碳酸乙烯酯中的任意一种或多种。
[0022]较佳地，所述锂盐为导电锂盐，选自下述至少一种：六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)和双三氟甲基磺酰亚胺锂；
[0023]较佳地，所述溶剂选自环状碳酸酯类化合物、链状碳酸酯类化合物和羧酸酯类化合物中的一种或多种。
[0024]进一步地，所述环状碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯(EC)、氟代碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯类化合物选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或多种；所述羧酸酯类化合物选自乙酸丙酯和/或乙酸乙酯。
[0025]具体的，所述溶剂可为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比为EC:DEC:EMC＝1:1:2组成的混合溶剂。
[0026]较佳地，所述锂离子二次电池电解液中锂盐的浓度可为0.5～1.5M。
[0027]本专利技术还提供了上述锂离子二次电池电解液的制备方法。
[0028]本专利技术所提供的锂离子二次电池电解液的制备方法，包括下述步骤：向所述溶剂中先加入锂盐，待锂盐完全溶解后，再向体系中加入添加剂，以得到上述电解液。
[0029]本专利技术的再一个目的是提供一种锂离子二次电池。
[0030]本专利技术所提供的锂离子二次电池，包括正极、负极、设置于正极和负极之间的隔膜以及锂离子二次电池电解液，其中，所述锂离子二次电池电解液为本专利技术上述提供的电解液。
[0031]进一步地，所述正极为LiNi
(1
‑
x
‑
y)
Co
x
Mn
y
，其中，0≤X≤1，0≤Y≤1；具体的，所述正极的材料为LiNi
0.7
Co
0.1
Mn
0.2
。负极材料为石墨。
[0032]进一步地，所述锂电池充电压不高于4.8V。
[0033]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0034]本专利技术提供的组合添加剂不仅能够在高镍NCM正极及负极石墨表面形成一层薄而稳定的界面膜，将电解液之间有效隔离，避免它们之间发生氧化反应，同时该组合添加剂能阻碍有害产物HF的产生和循环过程中NCM阴极过渡金属的溶解，可以有效地改善电解液的高温循环性能，从而大幅度地提高电池循环保持率。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
[0036]正如本申请
技术介绍
部分所描述的，现有技术中兼顾低温的同时，高温电性能得不到保证。为了解决这一问题，本专利技术提供了一种电解液，该电解液包括新型添加剂、锂盐、
有机溶剂及常规添加剂。
[0037]磺酸基团可与过渡金属离子配位而形成络合物，使得正极表面钝化，抑制正极金属离子的溶出，同时降低高氧化态的活性物质对溶剂的分解作用；硅基作为给电子基团，电子云密度大，降低氧化电位，易于正极成膜，从而避免电极和电解液在高温时直接接触，同时还可以延缓电解液的氧化分解反应，氰基中碳氮叁键的键能很高，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，包括下述式I所示化合物和/或式Ⅱ所示化合物：所述式I中的R1、R2、R3、R4相同或不同，均独立地选自下述基团中的任意一种：烷基、卤代烷基、苯基、磺酸基；所述式II中，R5选自下述任意所示的基团：烷基、苯基、取代的苯基、氯代烃基。2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于：所述式I中，所述烷基为C1
‑
C4的直链或支链的烷基；所述卤代烷基为C1
‑
C4的直链或支链的卤代烷基；所述磺酸基为烷基磺酸基或卤代烷基磺酸基；或，所述式II中，所述烷基为C1
‑
C4的直链或支链的烷基；所述取代的苯基中的取代基为C1
‑
C4的直链或支链的烷基或C1
‑
C4的直链或支链的卤代烷基；所述氯代烃基包括氯代烷基、氯代烯基、氯代炔基。3.根据权利要求1或2所述的电解液添加剂，其特征在于：所述式I所示化合物选自下述化合物1～化合物5中的至少一种：所述式II所示化合物选自下述化合物6～化合物8中的至少一种：
4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的电解液添加剂，其特征在于：所述电解液添加剂中，式I所示化合物与式Ⅱ所示化合物的质量比为1:5～5:1。5.一种锂离子二次电池电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述添加剂包括权利要求1
‑
4中任一项所述的电解液添加剂。6.根据权利要求5所述的锂离子二次电池电解液，其特征在于：所述权利要求1
‑
4中任一项所述的电解液添加剂的质量占所述锂盐和溶剂总质量的0.1
‑
5％wt，优选为0.5～3wt％。7.根据权利要求5或6所述的锂离子二次电池电解液，其特征在于：所述锂盐为导电锂盐，选自下述至少一种：六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)和双三氟甲基磺酰亚胺锂。8.根据权利要求5
‑
7中任一项所述的锂离子二次电池电解液，其特征在于：所述溶剂选自环状碳酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄波，刘欣，杨小龙，张飞天，杨娜，梁大宇，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：