锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高电压快充锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池；该电解液包括锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、腈类化合物和具有式Ⅰ所示结构的化合物；其中，式Ⅰ中的R1、R2、R3、R4、R5分别独立地选自氢、酰胺基、碳原子数为1~3的烷基或烷氧基，且R1、R2、R3、R4、R5中至少含有一个酰胺基。与现有技术相比，本发明通过氟代碳酸乙烯酯、腈类化合物以及具有式Ⅰ所示结构的酰胺吡啶类化合物所产生的协同效应，使得该锂离子电池电解液在高电压条件下，不仅浸润效果优良、快充性能优异，且兼具循环寿命长和高温存储膨胀率低的综合性能。
【专利说明】
裡离子电池电解液及使用该电解液的裡离子电池
技术领域
[0001] 本发明设及裡离子电池技术领域，具体设及一种高电压快充裡离子电池电解液及 使用该电解液的裡离子电池。
【背景技术】
[0002] 自1991年商用化W来，裡离子电池凭借其容量密度大、工作电压高、制造过程污染 小、使用过程清洁无污染等优势，迅速在消费类及动力类终端被广泛使用。从一次裡金属电 池到圆柱、侣壳、软包等二次可充裡离子电池，裡电池也呈现出越来越多样化的产品格局， 而高度定制、形状可控、性能宽泛也渐渐成为现实。
[0003] 虽然在近年兴起的手机、平板电脑等新兴消费领域，裡离子电池凭其高容量密度 和长循环寿命显现了极大优势，但随着相应设备功能的不断多样化，用电模块功耗的不断 上升，使得现有裡离子电池正负极材料、常规电池设计的弊端不断显现。为了解决此问题， 业内多数通过提升正极端的充电上限电压或者增大负极膜片的压实密度，W获得更大的体 积能量密度。此外，还有在不改变原有电池充电频率的基础上，通过缩短每次充电所需的时 间，W达到快速充电的目的。
[0004] 其中，对于快充裡离子电池，大多厂商是通过采用现有活性物质，同时降低正负极 面密度或者压实密度的方法;也有厂商是采用动力学性能更好的正负极活性物质，如大颗 粒低比表面积的正极材料W及包覆软碳的人造石墨等方案。但运些方法无疑带来循环寿命 变短、能量密度降低等负面影响，所W有必要从电解液端寻找合理的解决方案。
[0005] 电解液之所W如此关键是因为电池在快速充电的过程中，裡离子快速从正极脱出 进入电解液，然后穿过隔膜、进入负极进行嵌裡，大量裡离子进行快速迁移需要电解液具有 较高的动力学性能，在传质过程中具有更小的传质阻力，因此需要电解液具有较好的浸润 性、更低的黏度W及更低的裡离子传输阻力。
[0006] 然而现有快充裡离子电池用电解液，普遍采用低粘度高电导率的溶剂搭配高裡盐 浓度的技术方案，而该方案具有W下缺陷：一是成本优势不明显;二是所生产的电池高溫存 储效果差、循环寿命短。
[0007] 有鉴于此，确有必要对现有快充离子电池用电解液进行优化，使其具备快充性能 的同时，还具有良好的高溫存储及循环性能。
【发明内容】
[000引本发明的目的之一在于:针对目前快充裡离子电池用电解液高溫存储W及循环性 能差的不足，而提供一种不仅浸润效果优良、快充性能优异，且同时兼具较好的循环性能和 高溫存储性能的裡离子电池电解液。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用W下解决方案：
[0010] -种裡离子电池电解液，包括裡盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括氣 代碳酸乙締醋、腊类化合物和具有式I所示结构的化合物；
[0011]
[001 ^ 其中，式I中的Ri、R2、R3、R4、Rs分别独立地选自氨、酷胺基、碳原子数为I~3的烷基 或烷氧基，且Ri、化、化、R4、化中至少含有一个酷胺基。
[0013] 本发明通过氣代碳酸乙締醋、腊类化合物W及具有式I所示结构的化合物的协同 作用，使得使用该电解液的电池在高电压高压实下不仅浸润效果优良、电化学阻抗低、快充 效果好，而且具备优异的循环及高溫存储性能。其中，在首次充电过程中，氣代碳酸乙締醋 在石墨负极表面被还原形成薄而稳定的SEI膜，将溶剂与石墨活性位点有效隔离，避免电池 使用过程中电解液被还原，同时氣代碳酸乙締醋还能提升电解液对负极膜片的浸润能力； 腊类化合物能与正极活性物质中的过渡金属原子发生络合作用形成一层正极纯化膜，该纯 化膜将溶剂与正极活性位点有效隔离，减缓电解液在循环过程中被剧烈氧化分解而影响循 环寿命;此外，该纯化膜能够有效遏制过渡金属在高溫存储环境下的溶出，因而电解液的高 溫存储性能得到有效提升;具有式I所示结构的化晚类化合物，一方面其含有的酷胺基可W 将电解液的整体黏度降低，实现对负极膜片的良好浸润，W达到优异的容量发挥及快充性 能；另一方面，其含有的化晚杂环能与正极活性物质中的过渡金属元素发生络合作用，进一 步纯化正极，W保护电解液溶剂不被氧化分解，从而获得优异的循环性能。
[0014] 优选的，所述氣代碳酸乙締醋在电解液中的质量百分含量为1%~8%;所述腊类 化合物在电解液中的质量百分含量为0.05%~5%;所述具有式I所示结构的化合物在电解 液中的质量百分含量为0.01 %~8%，优选为0.5%~5%。
[0015] 优选的，所述裡盐为六氣憐酸裡、双草酸棚酸裡、二氣草酸棚酸裡、双氣横酷亚胺 裡、四氣棚酸裡和双=氣甲烧横酷亚胺裡中的至少一种;所述裡盐在电解液中的质量百分 含量为12%~20%。
[0016] 优选的，所述非水性有机溶剂选自碳酸乙締醋、碳酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲 乙醋、丙酸乙醋、丙酸丙醋、碳酸甲丙醋、乙酸乙醋、乙酸丙醋、乙酸甲醋、下酸甲醋、下酸乙 醋、下酸丙醋、四氨巧喃、二氧环烧、丫-下内醋中的一种或多种;所述非水性有机溶剂在电 解液中的质量百分含量为65%~85%。上述非水性有机溶剂具有较高的分解电位，在高溫、 高电压下具有较好的热稳定性和电化学稳定性，从而为4.4V及W上高电压快充裡离子电池 的电性能提供稳定的电化学环境。
[0017] 优选的，所述腊类化合物为己二腊、下二腊、戊二腊、庚二腊、2-甲基戊二腊和1，3， 6-己烧S腊中的至少一种。所列举的腊类化合物能够改善裡离子电池正极材料在高电压下 的稳定性，抑制电解液在正极表面氧化分解，改善高电压裡离子电池的高溫存储性能和循 环性能。
[0018] 优选的，所述具有式I所示结构的化合物选自2,6-二化晚二甲酯胺(结构式如式I-1所示）、2-化晚甲酯胺(结构式如式1-2所示）、3-化晚甲酯胺(结构式如式1-3所示)和4-化 晚甲酯胺(结构式如式1-4所示）中的一种或多种。
[0019
[0020] 本发明的目的之二在于:针对现有快充裡离子电池高溫存储效果差、循环寿命短 的不足，而提供一种使用上述电解液的裡离子电池，该裡离子电池不仅具备优异的倍率循 环及快充性能，同时保证良好的高溫存储及循环性能。
[0021] -种采用上述裡离子电池电解液制备的裡离子电池，包括正极极片、负极极片、设 置在所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、W及电解液，所述正极极片包括正极集流 体和涂覆在正极集流体表面上的正极膜片，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集 流体表面上的负极膜片。
[0022] 其中，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，且所述正极膜片的压实 密度含4.0g/cm3。
[0023] 所述负极膜片包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，且所述负极膜片的面密度> 80g/m2,压实密度 ^ 1.55g/cm3。
[0024] 所述裡离子电池的充电截止电压为4.4~4.7V。
[0025] 本发明至少具有W下有益效果：
[00%] 1)本发明一种裡离子电池电解液，包括裡盐、非水性有机溶剂和添加剂，
[0027]所述添加剂包括氣代碳酸乙締醋、腊类化合物和具有式I所示结构的酷胺化晚类 化合物;其中，氣代碳酸乙締醋在石墨负极表面形成SEI膜，保证循环寿命，同时氣代碳酸乙 締醋能够提高电解液的浸润性能，减小有效裡在石墨层间的传递阻力（电化学阻抗），从而 有效提升电池的快充性能;腊类化合物，与正极活性物质中的过渡金属发生络合作用，抑制 高溫存储条件下过渡金属的溶出，同时吸收消化电池中的微量水分，减少五氣化憐和胀气 的产生，提高高溫性能；具有式I所示结构的酷胺化晚类化合物，一方面其含有的化晚杂环 与正极活性物质中的过渡金属发生配位W保护溶剂不被氧化分解，提升高溫存储及循环性 能；另一方面，其含有的酷胺基能降低电解液的黏度，提高电解液对极片的浸润，并实现裡 的快速嵌入W及脱嵌，提升快充性能；
[002引2)本发明所选用的非水性有机溶剂体系，包含碳酸乙締醋、碳酸丙締醋等高介电 常数的溶剂，有利于裡盐的溶解、电池高溫及循环性能的提升;此外，包含粘度低且电化学 窗口宽的溶剂组分，能够不被高电位的正极所分解，且低粘度能够满足电解液对极片的浸 润要求；
[0029] 3)本发明通过调整氣代碳酸乙締醋、腊类化合物W及具有式I所示结构的酷胺化 晚类化合物的配比所产生的协同效应，使得使用该电解液制备的裡离子电池在4.4V及W上 的高电压条件下，不仅浸润效果优良、快充性能优异，且兼具循环寿命长和高溫存储膨胀低 的综合性能，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明实施例1~8和对比例1~4所制得的裡离子电池的循环性能图。
【具体实施方式】
[0031] 下面将结合【具体实施方式】和说明书附图对本发明及其有益效果作进一步详细说 明，但是，本发明的【具体实施方式】并不局限于此。
[0032] 实施例1
[0033] 电解液的制备：
[0034] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1%的己二腊和质量分数为0.5%的2,6-二化晚二甲酯胺，揽拌至完全 溶解，即得到实施例1的裡离子电池电解液。
[0035] 裡离子电池的制备：
[0036] 将正极活性物质钻酸裡、导电剂Super P、粘结剂聚偏二氣乙締(PVDF)按质量比95 :3:2在N-甲基化咯烧酬溶剂体系中充分揽拌混合均匀后，涂覆于Al锥上烘干、冷压，得到正 极极片，其压实密度为4. Og/cm3。
[0037] 将负极活性物质石墨、导电剂Super P、粘结剂下苯橡胶(SBR)、增稠剂碳甲基纤维 素钢(CMC)按照质量比95: 2: 2:1在去离子水溶剂体系中充分揽拌混合均匀后，涂覆于Cu锥 上烘干、冷压，得到负极极片，其面密度为80g/m2，其压实密度为1.55g/cm 3。
[003引 WPP-阳-PP膜为基膜(12皿)并在基膜上涂覆纳米氧化侣涂层(3皿)作为隔膜。
[0039] 将正极极片、隔膜、负极极片按顺序叠好，使隔膜处于正负极片中间起到隔离的作 用，并卷绕得到裸电忍。将裸电忍置于外包装中，注入制备的电解液并经封装、搁置、化成、 老化、二次封装、分容等工序，得到型号为504848的裡离子电池。
[0040] 实施例2
[0041] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0042] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1%的己二腊和质量分数为3%的2,6-二化晚二甲酯胺，揽拌至完全溶 解，即得到实施例2的裡离子电池电解液。
[0043] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0044] 实施例3
[0045] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0046] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1%的己二腊和质量分数为0.5%的2-化晚甲酯胺，揽拌至完全溶解，即 得到实施例3的裡离子电池电解液。
[0047]其余同实施例1，运里不再寶述。
[004引实施例4
[0049] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0050] 在充满氣气的手套箱(水分含量<l〇ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1%的己二腊和质量分数为3%的2-化晚甲酯胺，揽拌至完全溶解，即得 到实施例4的裡离子电池电解液。
[0051] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0化2] 实施例5
[0053] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0054] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1%的己二腊和质量分数为0.5%的3-化晚甲酯胺，揽拌至完全溶解，即 得到实施例5的裡离子电池电解液。
[0055] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0056] 实施例6
[0057] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0058] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1%的己二腊和质量分数为3%的3-化晚甲酯胺，揽拌至完全溶解，即得 到实施例6的裡离子电池电解液。
[0059] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0060] 实施例7
[0061] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0062] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1 %的己二腊和质量分数为0.5 %的4-化晚甲酯胺，揽拌至完全溶解，即 得到实施例7的裡离子电池电解液。
[0063] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0064] 实施例8
[0065] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0066] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋、质量分数为1%的己二腊和质量分数为3%的4-化晚甲酯胺，揽拌至完全溶解，即得 到实施例8的裡离子电池电解液。
[0067]其余同实施例1，运里不再寶述。
[006引对比例1:
[0069] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0070] 在充满氣气的手套箱(水分含量<l〇ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为1 %的氣代碳酸 乙締醋，揽拌至完全溶解，即得到对比例1的裡离子电池电解液。
[0071 ]其余同实施例1，运里不再寶述。
[0072] 对比例2:
[0073] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0074] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为5 %的氣代碳酸 乙締醋，揽拌至完全溶解，即得到对比例2的裡离子电池电解液。
[0075] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0076] 对比例3:
[0077] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0078] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋和质量分数为1%的己二腊，揽拌至完全溶解，即得到对比例3的裡离子电池电解液。
[0079] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0080] 对比例4:
[0081] 与实施例1不同的是电解液的制备：
[0082] 在充满氣气的手套箱(水分含量<10ppm，氧气含量<lppm)中，将碳酸乙締醋、碳 酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、乙酸乙醋W25:10:30:10:25的质量比混合均匀并不断 揽拌，向混合溶剂中缓慢加入质量分数为15 %的LiPFs，再加入质量分数为3 %的氣代碳酸 乙締醋和3%的己二腊，揽拌至完全溶解，即得到对比例4的裡离子电池电解液。
[0083] 其余同实施例1，运里不再寶述。
[0084] 分别对实施例1~8和对比例1~4所制得的裡离子电池进行快充性能测试。测试结 果如表1所不。
[0085] 表1实施例1~8和对比例1~4在25±rC环境中快充性能测试结果
[0086]
[0<
[0088」 往：但渝时间白分化是指但渝充电町
间占总充电町间的白分化；但渝容重白分化 是指恒流充电量占总充电量的百分比。
[0089] 此外，为了进一步体现本发明的优势，分别对实施例1~8和对比例1~4所制得的 同一批次电池进行W下性能测试：
[0090] 常溫2C/1C循环测试:将电池在25±rc环境中W2C倍率恒定电流充电至4.4V限制 电压，然后恒定电压充电至截止电流0.05C，搁置5min，再进行恒定电流放电，放电倍率1C， 放电截止电压3.OV;最后进行循环测试，循环次数设置为400次W上。测试结果如图1所示。
[0091] 85 °C高溫存储化测试:将电池 W 0.2C倍率恒定电流充电至4.4V限制电压，然后恒 定电压充电至截止电流〇.〇2(：，搁置5111111，再进行0.2(：倍率恒流放电至3.(^截止电压，记录 此次放电容量为初始放电容量，并测定初始状态的电池厚度、内阻;将满电状态的电池放入 85°C的烘箱中，W85±2°C的恒定溫度存储化，存储完成后立即测试电池高溫状态下的厚 度，在室溫状态下冷却化，测试内阻，WO. 2C倍率恒流放电测试剩余容量、0.2C倍率测试恢 复容量;计算热测厚度膨胀率、内阻增大率、剩余容量百分比、恢复容量百分比。测试所得的 相关数据如表2所示。
[0092] 表2实施例1~8和对比例1~4在85°C下的存储性能测试结果
[0093]
[0094] 下面对上述测试结果进行详细分析。
[0095] 从对比例1和对比例2的性能测试结果可W发现，增加氣代碳酸乙締醋的量，有利 于提高电池快充性能。运是因为:一方面氣代碳酸乙締醋本身是一种碳酸醋类有机化合物， 且其在稍微高于室溫环境中呈现的是液态状态，当其介电常数达到一定时对裡盐的电离溶 解起促进作用，而电解液粘度稍微均衡会有利于其对极片的浸润;另一方面，氣代碳酸乙締 醋含有F，其强电负性能够稀释碳酸乙締醋环的电荷密度，形成更为稳定的结构，使其与电 池中的电解液和极片膜片中的粘结剂的范德华作用减小，进一步增加电解液对极片的浸润 作用。W上两方面的结合有利于减小电子传递嵌入极片中的电化学阻抗，W及减少电子在 电解液中传递的传质阻抗，从而缩短电池的充电时间。但需要注意的是，从满电状态85°C存 储测试结果来看，氣代碳酸乙締醋不仅未提供有利帮助，反而增大了电池膨胀，而且内阻增 大和荷电保持同样表现欠佳。运是源于裡离子电池在满电状态85°C存储的失效机理，电解 液中现多采用六氣憐酸裡作为主电解质，而六氣憐酸裡在85°C已经开始剧烈分解，产生五 氣化憐及氣化裡等物质，而五氣化憐是一种强的路易斯酸，该物质在电池中非常容易破坏 电池在初次充电时形成的SEI膜，分解产生二氧化碳及乙締等气体。所W出现对比例1和对 比例2高溫存储性能不佳的原因是:氣代碳酸乙締醋作为一种碳酸乙締醋类有机化合物，其 同样具有形成SEI膜的作用，但其所形成的SEI膜为刚性不强的有机烷基碳酸裡;而在满电 状态85°C存储环境下，一方面由于SEI膜本身刚性不强会发生分解;另一方面六氣憐酸裡分 解产生的五氣化憐同样对运种稳定性不强的SEI膜造成极大破坏而产生气体。
[0096] 而从对比例3和对比例4的测试结果可W看出：对比例4的高溫存储性能明显优于 对比例3,但快充性能、循环性能却不如对比例3。从两对比例所注入的电解液进行分析可W 看出，对比例4只是在对比例3的基础上增加了 2wt%的己二腊。腊类作为一类含有碳氮=键 且缺电子的化合物，其作为添加剂加入到电解液中能够起到很好的除酸、除水效果，尤其在 85°C满电存储效果最为显著。因为电池中存在的微量水分，在85°C存储过程中会使六氣憐 酸裡分解反应向正方向进行，生成更多的五氣化憐导致电池失效。而加入的腊类化合物，能 够将其中的微量水含量降低，有效控制失效反应的进一步进行。此外，由于腊类化合物含有 不饱和键，极易与正极活性物质中的过渡金属发生配位，有效防止过渡金属从活性物质结 构中的溶出，降低溶出的金属与电解液溶剂发生氧化还原反应的概率。然而，腊类化合物固 然高溫效果显著，但由于其本身结构的特点，一方面导致其容易阻碍电池首次充电形成SEI 膜，且其与石墨负极的兼容性差;另一方面由于其本身粘度大造成电池传质阻抗上升明显， 所W综合结果导致电池的快充及循环性能大打折扣。
[0097] 而单纯的将六氣憐酸裡溶解在碳酸乙締醋、链状簇酸醋中，或者向电解液中添加 氣代碳酸醋、腊类化合物等添加剂，运是目前市面上量产电解液的典型方案。尽管通过调整 各组分的比例找到性能最佳结合点，可W达到不错的效果。但对于快充裡离子电池，通过对 比例1~4的测试结果和上述分析，不难发现，常规的添加剂组合效果有限，很难在快充及循 环性能上有进一步的提升。
[0098] 因此本发明在实施例1~8中引入了含有酷胺基的化晚类化合物，该化合物的结构 中含有化晚杂环，同时含有酷胺基与化晚杂环产生共辆效应。其中，其含有的酷胺基能降低 电解液的黏度，提高电解液对极片的浸润，并实现裡的快速嵌入W及脱嵌，提升快充性能； 此外，其含有的不饱和键杂环易与正极活性物质中的过渡金属发生配位，有效防止过渡金 属的大量溶出；且通过正极成膜作用，将电解液中的溶剂与正极活性位点有效隔离，使得电 池的高溫存储和循环性能得到有效提升。而从实施例1~8的循环及高溫存储测试结果可W 看出，化晚环中的酷胺基位置越靠近氮性能越显著，运是因为运种结构所产生的共辆效应 较为强烈。同时分析快充效果，同样是基于共辆效应使得2,6-二化晚二甲酯胺、2-化晚甲酯 胺、3-化晚甲酯胺、4-化晚甲酯胺等酷胺化晚类添加剂对极片具有更强的浸润性，有效降低 了极片的电化学阻抗，利于有效裡在石墨层间的无阻碍传递;从而实现在更短的时间内充 电容量更大，而且大倍率充电效率也得到明显提升。
[0099] 通过W上分析不难判定，氣代碳酸乙締醋的加入，使电池在首次充电过程中形成 了较为稳定的SEI膜W保证循环性能，且能够提高电解液对极片的浸润作用而使电池快充 效果显著;但氣代碳酸乙締醋所形成的SEI膜在高溫储存状态下，容易分解产生二氧化碳和 乙締等气体导致电池胀气。引入腊类化合物后，虽然氣代碳酸乙締醋在高溫储存的气胀被 得到有效控制，但同时由于腊类化合物高粘度和高阻抗特性，导致电池的电化学阻抗与传 质阻抗都变大，且在首次充电过程中会阻碍电池 SEI膜的形成。因此，本发明在氣代碳酸乙 締醋和腊类化合物添加剂体系中，尝试添加酷胺基化晚类添加剂，发现效果显著。运主要源 于酷胺基化晚类添加剂一方面在正极具有成膜功能，有效防止氣代碳酸乙締醋在高溫储存 下造成的气胀问题;另一方面其还具有负极浸润功能，能够降低电池的电化学阻抗、提升快 充性能，从而有效抵消了引入腊类化合物的缺陷。因此，本发明的多种添加剂相互协同、相 互补充，最终使得电池的综合性能表现优异。
[0100] 综合W上分析，本发明通过合理选用溶剂体系和裡盐浓度，W及合理调配氣代碳 酸乙締醋和己二腊的比例，并引入兼具正极纯化能力及浸润性的酷胺化晚类添加剂，使得 4.4V及W上高电压快充裡离子电池具有短时间充电多、满电高溫存储膨胀率低、循环性能 优异的综合性能。相对于现有普通电池设计、W及普通正负极材料的大环境下，本发明在快 充电池领域具有广阔的应用前景。
[0101] 根据上述说明书的掲示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方 式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，凡是本领域技术人员在 本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此 夕h尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但运些术语只是为了方便说明，并不对本发明 构成任何限制。
【主权项】
1. 一种裡离子电池电解液，包括裡盐、非水性有机溶剂和添加剂，其特征在于:所述添 加剂包括氣代碳酸乙締醋、腊类化合物和具有式I所示结构的化合物；其中，式I中的扣、1?2、1?3、1?4、1?5分别独立地选自氨、酷胺基、碳原子数为1~3的烷基或烧 氧基，且Ri、R2、化、R4、Rs中至少含有一个酷胺基。2. 根据权利要求1所述的裡离子电池电解液，其特征在于:所述氣代碳酸乙締醋在电解 液中的质量百分含量为1%~8%;所述腊类化合物在电解液中的质量百分含量为0.05%~ 5% ;所述具有式I所示结构的化合物在电解液中的质量百分含量为0.01 %~8%。3. 根据权利要求1所述的裡离子电池电解液，其特征在于:所述裡盐为六氣憐酸裡、双 草酸棚酸裡、二氣草酸棚酸裡、双氣横酷亚胺裡、四氣棚酸裡和双Ξ氣甲烧横酷亚胺裡中的 至少一种;所述裡盐在电解液中的质量百分含量为10%~20%。4. 根据权利要求1所述的裡离子电池电解液，其特征在于:所述非水性有机溶剂选自碳 酸乙締醋、碳酸丙締醋、碳酸二乙醋、碳酸甲乙醋、丙酸丙醋、丙酸乙醋、碳酸甲丙醋、四氨巧 喃、二氧环烧、丫-下内醋、乙酸乙醋、乙酸丙醋、乙酸甲醋、下酸甲醋、下酸乙醋、下酸丙醋中 的一种或多种;所述非水性有机溶剂在电解液中的质量百分含量为65%~85%。5. 根据权利要求1所述的裡离子电池电解液，其特征在于:所述腊类化合物为己二腊、 下二腊、戊二腊、庚二腊、2-甲基戊二腊和1，3,6-己烧Ξ腊中的至少一种。6. 根据权利要求1所述的裡离子电池电解液，其特征在于:所述具有式I所示结构的化 合物选自2，6-二化晚二甲酯胺、2-化晚甲酯胺、3-化晚甲酯胺和4-化晚甲酯胺中的一种或 多种。7. -种裡离子电池，包括正极极片、负极极片、设置在所述正极极片和所述负极极片之 间的隔膜、W及电解液，所述正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面上的正极 膜片，所述负极极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面上的负极膜片，其特征在于： 所述电解液为权利要求1~6任一项所述的裡离子电池电解液。8. 根据权利要求7所述的裡离子电池，其特征在于:所述正极膜片包括正极活性物质、 导电剂和粘结剂，且所述正极膜片的压实密度含4.Og/cm3。9. 根据权利要求7所述的裡离子电池，其特征在于:所述负极膜片包括负极活性物质、 导电剂和粘结剂，且所述负极膜片的面密度含80g/m2,压实密度含1.55g/cm3。10. 根据权利要求7所述的裡离子电池，其特征在于:所述裡离子电池的充电截止电压 为4.4~4.7V。
【文档编号】H01M10/0525GK105845984SQ201610470747
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】李志强, 周文超, 黄晓丹, 谭熠伟
【申请人】东莞市杉杉电池材料有限公司