锂离子电解液及其锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电解液及其锂离子电池

【技术实现步骤摘要】
锂离子电解液及其锂离子电池


[0001]本专利技术涉及新能源器械
，尤其涉及锂离子电解液及其锂离子电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有高比能量
、
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，而电子信息技术及消费产品的快速发展对锂离子电池高能量密度低成本提出了更高的要求
。
[0003]锂离子电池的正极材料通常有磷酸盐系列
、
钴酸盐系列及三元材料系列
。
其中，磷酸盐系列的磷酸锰铁锂相比三元材料具备更低的成本
、
更高的循环次数以及更稳定的结构
。
具体表现在：三元材料的主要原材料包括钴
、
镍
、
锰三种元素，而磷酸锰铁锂的主要元素为锰和铁
。
钴和镍的市场价格远高于锰元素，因此三元材料的成本会高于磷酸锰铁锂
。
另外，磷酸锰铁锂的循环寿命高达
2000
次，而三元材料的循环寿命仅在
800
次
‑
2000
次之间，差距较为明显
。
从结构来看，相比层状结构的三元材料，具有橄榄石结构的磷酸锰铁锂在充放电过程中会更加稳定，即使在充电的过程中锂离子全部脱出，也不会存在结构崩塌的问题
。/>同时磷酸锰铁锂中
P
原子通过
P
‑
O
强共价键形成
PO4四面体，
O
原子很难从结构中脱出，这也使得磷酸锰铁锂具备很高的安全性和稳定性
。
但磷酸锰铁锂高达
4.5V
的上限充电电压超出了常规电解液的电化学窗口范围，电解液会在磷酸锰铁锂材料表面发生氧化分解副反应进而恶化循环寿命并且带来一定的安全性隐患
。
由于磷酸锰铁锂材料存在的姜
‑
泰勒效应会促进锰析出而导致循环寿命衰减
、
循环稳定性降低
。
另外，电解液分解产生的酸进一步腐蚀正极材料中的锰离子，加速
Mn
3+
歧化反应进程，促使
Mn
2+
和
Mn
4+
溶解在电解液中，并通过隔膜迁移至负极，在负极发生还原反应析出，进而破坏负极的
SEI
膜
(
固体电解质界面膜
)。SEI
膜的形成会消耗一部分锂离子，遭到破环的
SEI
膜在进行修复时也会消耗一部分锂离子，这导致锂离子减少，进而降低电池容量，影响其循环寿命和循环稳定性
。
[0004]由于磷酸锰铁锂材料的以上特点对电解液提出了非常高的要求，目前市面上磷酸锰铁锂电解液技术尚未成熟，主要原因是：在高电压体系中，氟代碳酸乙烯酯
(FEC)
由于具有较高的氧化电位和优良的负极成膜特性而普遍被使用来保障电池的循环性能，但其高温稳定性较差，高温下容易分解产生氢氟酸
(HF)
，加剧磷酸锰铁锂材料金属离子的溶出，导致电池高温储存或者循环后胀气
。
为了解决氟代碳酸乙烯酯高温产气的问题，通常的解决方案是在电解液中加入腈类溶剂来抑制氟代碳酸乙烯的产气，但腈类溶剂跟石墨负极的兼容性较差，导致后期循环衰减大，无法满足动力和储能应用的长循环要求
。
因此，电解液成为了目前制约磷酸锰铁锂电池实际应用的一个重要瓶颈，开发与之相匹配的电解液是其产业化发展的必然途径
。
[0005]另外，业者也有人采用磺酸酯类添加剂
、
硼酸酯类添加剂和环硅烷类添加剂组合使用，磺酸酯类添加剂能够有效的与锂离子二次电池在运行过程中产生的水和氟化氢反应，生成氟化硅类产物覆盖在阴阳极表面，保护阴阳极；硼酸酯类添加剂可利用硼酸酯类化合物的缺电子结构，与阴极进行配位，达到保护阴极，抑制锰溶出的作用；环硅烷类添加剂
可以减少锰溶出，阳极成膜可以减少锰对负极的破坏
。
三者相互配合，共同作用，使得正负极成膜更加均匀致密，有效的减少锰溶出，从而提高锂离子二次电池的循环性能
。
但是其没有对锰的溶出进行表征，也没有综合解决材料本身低温性能差的缺陷，故能综合解决磷酸锰铁锂材料缺陷的电解液还有待我们进一步开发
。

技术实现思路

[0006]基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电解液及其锂离子电池
。
该电解液的添加剂包括氮磷杂环化合物，能络合金属离子，并形成低阻抗
、
高稳定性的
SEI
膜和
CEI
膜，从而可改善二次电池的循环
、
高温存储和低温等电化学性能
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种锂离子电解液，包括锂盐
、
非水有机溶剂和添加剂
。
添加剂包括氮磷杂环化合物，氮磷杂环化合物包括化合物一和化合物二中的至少一个
。
[0008][0009]本专利技术采用的技术方案中，与现有技术相比，本专利技术电解液的添加剂包括氮磷杂环化合物，其为
N、P、F
三者组成的杂环化合物，其能和金属离子，尤其是磷酸锰铁锂系正极材料中的锰离子络合，故能抑制后期电池循环过程中锰离子的姜
‑
泰勒效应，进而抑制锰离子溶出，从而提升电池
(
尤其是针对磷酸锰铁锂系电池
)
的循环性能
。
另外，含氟基团能随着氮磷杂环化合物的开环形成富含
LiF
的
SEI
膜和
CEI
膜
(
固体电解质界面膜
)
，此类膜具有较强的热稳定性，进而可提升电池
(
尤其是针对磷酸锰铁锂系电池
)
的高温存储性能
。
最后，含磷基团可以在成膜阶段形成富含
Li
x
P
y
O
z
的
SEI
膜，该
SEI
膜具有较优的离子电导率，即具有较低的阻抗，可提升电池
(
尤其是针对磷酸锰铁锂系电池
)
的低温性能
。
即，本专利技术的电解液加入具有特殊结构的氮磷杂环化合物，可使得电池
(
尤其是针对磷酸锰铁锂系电池
)
同时具备较佳的循环性能
、
高温存储性能和低温性能
。
[0010]较佳的，以锂盐
、
非水有机溶剂和添加剂的质量之和为
100
％计，氮磷杂环化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂离子电解液，包括锂盐
、
非水有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括氮磷杂环化合物，所述氮磷杂环化合物包括化合物一和化合物二中的至少一个，
2.
根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，，以所述锂盐
、
所述非水有机溶剂和所述添加剂的质量之和为
100
％计，所述氮磷杂环化合物的占比为
0.1
～
1.0
％
。3.
根据权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，，所述锂盐选自六氟磷酸锂
、
二氟磷酸锂
、
四氟硼酸锂
、
双草酸硼酸锂
、
二氟草酸硼酸锂
、
二氟二草酸磷酸锂
、
四氟草酸磷酸锂
、
双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种
。4.
如权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为链状碳酸酯
、
环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种
。5.
如权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯
、
碳酸丙烯酯
、
碳酸二甲酯
、
碳酸二乙酯
、
碳酸甲乙酯
、
丙酸丙酯
、
丙酸乙酯
、
丁酸乙酯
、
乙酸二氟乙酯和
2,2,2
‑
三氟乙酸乙酯中的至少一种
。6.
如权利要求1所述的锂离子电解液，其特征在于，还包括助剂，所述助剂选自碳酸亚乙烯酯
...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晶，宋虹宇，毛冲，井光辉，江福全，戴晓兵，冯攀，韩晖，
申请(专利权)人：珠海市赛纬电子材料股份有限公司淮南市赛纬电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：