一种高电压锂离子电池电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高电压锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液由电解液溶质、溶剂和添加剂组成，其中，添加剂包含正极成膜添加剂和常规添加剂，其中，正极成膜添加剂选自六氟三异丙基磷酸酯HFiP、九氟三异丙基磷酸酯PFBP、六氟异丙醇铝Al(HFiP)中的至少一种；常规添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙烯酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1，3-PS)、1,3丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或几种。其可以显著改善高电压电池的循环性能和储存性能。此外，还公开了一种高电压锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
—种高电压锂离子电池电解液及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及到一种可明显改善高电压锂离子电池的循环性能和高温储存性能的电解液，以及使用该电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有高能量密度、长寿命、宽工作温度范围、安全性好、环保、自放电率低的特点，已广泛应用于移动设备、数码产品、储能电站、动力电池等领域。随着科技的进步，数码产品的功能日益丰富强大，电池续航能力不足日益明显；同时，数码产品有着向轻、薄化发展的趋势。电池的性能的不足已成为影响数码产品发展的严重问题；提高二次电池的能量密度是当前迫切需要解决的任务和课题。优化锂离子电池的设计，达到空间利用最大化，或提高极片的压实密度，选择更薄的隔膜材料，均可提高电池的体积能量密度；通过开发工作电压高的新型正极材料，可有效提高电池的输出功率，增大电池的质量能量密度。目前常用的正极材料LiCo02、LiMn2O4,LiNixMnyCozO2充电截止电压为4.2V，电池工作电压为3.8V ;由过渡金属取代的具有尖晶石结构的LiNia5Mr^5O4,它在4.7V附近存在一个电压平台，对应Ni2+/Ni4+的氧化还原，实际应用中克容量可达140mAh/g，与常规材料相比，具有更高的能量密度，同时具有原料丰富、合成工艺简单、绿色环保的特点。近期的研究结果显示，经过适当改性的LiNia5Mn,504具有较好的循环和倍率性能^iNia5MnuO4作为锂离子电池正极材料具有广阔的应用前景，引起了研究者的广泛关注。由于LiNia5Mn,504的平台电压高，目前由碳酸酯类溶剂和六氟磷酸锂电解质组成的常规电解液在4.5V(vs.Li/Li+)下会发生氧化分解，导致电池出现不可逆容量、严重气胀和性能恶化，同时带来了安全隐患；需要开发新型5V高电压电解液与其进行匹配。5V高电压电池及电解液的开发，是当前学术和产业界的研究热点之一。量子化学计算可对分子的部分化学性质进行预测，为锂离子电池电解液的开发提供指导。根据前线轨道理论，分子的最高占据轨道(HOMO)能量最高，所受束缚最小，所以最活泼；分子的最高占据轨道对应于分子的氧化电位；电解液组分的HOMO能级越低，其抗氧化性越好。氟代碳酸酯、腈类、砜类化合物具有较低的HOMO能级，氧化电位> 5.5V(vs.Li/Li+)，成为高电压电解液溶剂的优秀备选材料。`然而实验结果显示，戊二腈、己二腈等腈类溶剂与锂离子电池石墨负极的相容性较差，易在负极表面发生聚合反应，阻止锂离子的脱嵌，引起电池性能的恶化。大部分的砜类(如甲乙砜、环丁砜)室温下为固体，只有与其它溶剂混合才能构成液体电解质，粘度大，电导率较低；而且同样存在与石墨负极相容性差的问题。目前，用于高电压锂离子电池电解液的腈类、砜类化合物等新型溶剂的开发和使用成本较高，实际应用中的性能也有待提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可显著改善5V高电压锂离子电池常温循环性能和高温储存性能的非水电解液，以及使用该电解液的锂离子电池。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下:—种高电压锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液由电解液溶质、溶剂和添加剂组成，其中，添加剂包含正极成膜添加剂和常规添加剂，其中，正极成膜添加剂选自六氟三异丙基磷酸酯HFiP、九氟三异丙基磷酸酯PFBP、六氟异丙醇铝Al (HFiP)中的至少一种；常规添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙烯酯(VEC)、1，3-丙烷磺酸内酯(1，3-PS)、1，3丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或几种。优选的是，所述HFiP、PFBP、Al (HFiP)的含量占电解液总质量的比例在0.01%-8%(w.t.)内。优选的是，所述添加剂的总含量占电解液总质量的比例在0.1%-10%(w.t.)范围内。优选的是，所述HFiP、PFBP、Al(HFiP)的含量占电解液总质量的比例控制在0.1-4% (w.t.)。优选的是，所述电解液溶质包括LiPF6、LiBF4, LiBOB, LiDFOB, LiTFSI其中的一种或多种。优选的是，所述溶剂包含碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸丁烯酯BC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲丙酯MPC、Y 丁内酯GBL中的一种或几种。一种高电压锂离子电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的隔膜，采取前述改善锂离子电池性能的电解液，其中，所述锂离子电池正极的材料包括LiNia5Mn,504，锂离子电池的负极的材料包括人造石墨。优选的是，所述锂离子电池正极的材料具体为=LiNia5MnuO^乙炔黑、聚偏二氟乙烯PVDF。优选的是，所述锂离子电池的负极的材料具体材料为人造石墨、乙炔黑、羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR。本专利技术采取了上述方案以后，HFiP、PFBP、Al (HFiP)作为电解液添加剂的一种，此类物质HOMO能级比溶剂分子稍高，可以优先在正极表面发生氧化反应，形成稳定的钝化膜，减少电解液与正极表面活性位的接触，抑制电解液的分解反应；此类添加剂与石墨负极的相容性较好，可显著改善高电压电池的循环性能和储存性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。【附图说明】下面结合附图对本专利技术进行详细的描述，以使得本专利技术的上述优点更加明确。其中，图1是本专利技术所述的添加剂中HFiP的化学结构示意图；图2是本专利技术所述的添加剂中PFBP的化学结构示意图；图3是本专利技术所述的添加剂中Al (HFiP)的化学结构示意图。【具体实施方式】以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。电池制作:正极制备:正极材料配比为LiNia5MnuO4(镍锰酸锂，活性物质)，乙炔黑(导电剂)，聚偏二氟乙烯(PVDF，粘结剂)质量比为96:2:2 ;将PVDF加入到N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中，高速搅拌使其完全溶解，形成均匀的溶液；向溶液中加入乙炔黑，搅拌均匀；然后加入镍锰酸锂，搅拌成均匀的正极浆料；将正极浆料涂布到铝箔集流体上，对极片进行烘烤、压实、裁片、焊接极耳。负极制备:负极材料配料比为人造石墨(活性物质)，乙炔黑(导电剂)，羧甲基纤维素钠(增稠剂，CMC) 丁苯橡胶(粘结剂，SBR)质量比为95:1.0:1.5:2.5 ;将CMC加入到水中，高速搅拌，使其完全溶解；然后加入乙炔黑，继续搅拌直至均匀；继续加入人造石墨粉末，搅拌分散均匀后，加入SBR,分散成均匀的负极浆料；将负极浆料涂布到铜箔集流体上，对极片进行烘烤、压实、裁片、焊接极耳。电解液制备:在手套箱中，将质量合格的溶剂，如碳酸乙烯酯(EC)碳酸甲乙酯(EMC)碳酸二乙酯(DEC)等按质量比3:2:5混合，然后加入LiPF6至浓度为lmol/L，此过程中不断搅拌，再按质量百分比加入所需各种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液由电解液溶质、溶剂和添加剂组成，其中，添加剂包含正极成膜添加剂和常规添加剂，其中，正极成膜添加剂选自六氟三异丙基磷酸酯HFiP、九氟三异丙基磷酸酯PFBP、六氟异丙醇铝Al(HFiP)中的至少一种；常规添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙烯酯(VEC)、1,3?丙烷磺酸内酯(1，3?PS)、1,3丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液由电解液溶质、溶剂和添加剂组成，其中，添加剂包含正极成膜添加剂和常规添加剂，其中，正极成膜添加剂选自六氟三异丙基磷酸酯HFiP、九氟三异丙基磷酸酯PFBP、六氟异丙醇铝Al (HFiP)中的至少一种； 常规添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙烯酯(VEC)、1，3-丙烷磺酸内酯(1，3-PS)、1，3丙烯磺酸内酯(PST)中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述HFiP、PFBP、Al (HFiP)的含量占电解液总质量的比例在0.01%-8%(w.t.)内。3.根据权利要求1或2所述的高电压锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂的总含量占电解液总质量的比例在0.1%-10%(w.t.)范围内。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢舜毅，陈晴川，窦金龙，
申请(专利权)人：深圳市崧鼎科技有限公司，
类型：发明
国别省市：