一种三元锂离子电池电解液及锂离子电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池，具体是涉及一种三元锂离子电池电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、自上个世纪90年代锂离子电池问世，由于其能量密度高、循环寿命长、绿色环保等优势被众多学者专家所研究。而今，锂离子电池已被广泛应用于手机、笔记本电脑、智能机器人等电子设备，以及电动汽车等领域，商业化规模不断扩大。

2、为了适应电动汽车等对高能量密度的要求以及能应用于各种极端天气，1999年首次提出了镍钴锰三元正极材料lini1-x-y-zcoxmnyalzo2(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1)，该材料综合了镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂的优点，具有高的理论比容量以及良好的循环性，一经推出就成为关注的焦点。然而，三元镍钴锰材料在高温条件下结构不稳定，且电池中存在的微量杂质易使单体胀气，进而引发危险，使其高温安全性差。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种三元锂离子电池电解液及锂离子电池。本发明电解液中加入的式(ⅰ)所示结构的化合物，优先在负极形成sei膜，防止负极表面离子脱嵌造成结构损坏，同时通过优化配方，在独特组合的多种组分的协同作用下，抑制锂离子电池的内阻增加和容量衰减，有效解决了锂离子电池高温存储性能和循环性能差的问题，使电解液体系兼具高能量密度、高安全性能，有利于满足电解液对高温存储性能和安全性能的需求，进而提高了锂离子电池的电化学性能，延长了锂离子电池的日历和循环寿命。

2、为达到本发明的目的，本发明的三元锂离子电池电解液中包含非水性有机溶剂、锂盐及添加剂，所述添加剂中含有式(ⅰ)所示结构的化合物：

3、

4、其中，r选自烷基、烯基、炔基、腈基、苯基、异氰酸基、异硫氰酸基、咪唑基及其取代物中的一种。

5、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述式(ⅰ)所示结构的化合物选自以下化合物中的至少一种：

6、

7、

8、优选地，在本发明的一些实施例中，所述式(ⅰ)所示结构的化合物的含量为锂离子电池电解液总质量的0.2-1.5％；更优选0.2-1.0％。

9、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述锂离子电池电解液中还包含其它添加剂，所述其它添加剂选自碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3丙烷磺酸内酯、1，3-丙烯磺酸内酯、三烯丙基磷酸酯、三(三甲基硅基)硼酸酯(tmsb)、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、柠康酸酐中的至少一种。

10、优选地，在本发明的一些实施例中，所述其它添加剂的含量为锂离子电池电解液总质量的0.5-3.0％。

11、优选地，在本发明的一些实施例中，所述其它添加剂中包含碳酸亚乙烯酯和硫酸乙烯酯；所述碳酸亚乙烯酯和硫酸乙烯酯在电解液中的质量占比分别为0.35-0.65％、0.7-1.3％。

12、优选地，在本发明的一些实施例中，所述其它添加剂中包含碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯；所述碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量占比分别为0.35-0.65％、0.7-1.3％。进一步优选地，在本发明的一些实施例中，所述其它添加剂中还包含硫酸乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯；所述硫酸乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯在电解液中的质量占比分别为0.7-1.3％、0.35-0.65％。

13、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、三草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂中的至少一种。

14、优选地，在本发明的一些实施例中，所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂；更优选地，在本发明的一些实施例中，所述六氟磷酸锂、二氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂在电解液中的质量占比分别为10-15％、0.5-1.5％、1-2％。

15、优选地，在本发明的一些实施例中，所述锂盐中还包含二氟双草酸磷酸锂。

16、更优选地，在本发明的一些实施例中，所述二氟双草酸磷酸锂在电解液中的质量占比分别为0.3-0.7％。

17、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述非水性有机溶剂为链状碳酸酯、环状碳酸酯中的一种或多种。

18、优选地，在本发明的一些实施例中，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯为碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或多种。

19、进一步优选地，在本发明的一些实施例中，所述非水性有机溶剂为碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)的混合物。

20、更优选地，在本发明的一些实施例中，所述碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)的质量比为25-35：15-25：45-55。

21、另一方面，本发明还提供了一种三元高电压锂离子电池，所述三元高电压锂离子电池包括正极极片、负极极片、置于正极极片与负极极片之间的隔离膜和本发明前述三元锂离子电池电解液。

22、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述正极极片包括正极集流体和正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质为lini1-x-y-zcoxmnyalzo2、镍锰酸锂、钴酸锂、富锂锰基固溶体、锰酸锂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1，所述负极的活性物质为人造石墨、锂金属、包覆型天然石墨、硅碳负极、硅负极。

23、与现有技术相比，本发明的优点包括但不限于：

24、(1)本发明中具有特定结构的添加剂能够在负极表面形成均匀致密的sei膜，减少电解液与电极活性材料的反应，同时形成的膜阻抗低，不会明显增加电池的阻抗，有利于提高锂离子电池的电化学性能；

25、(2)本发明的三元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协同作用下，有利于满足电解液对高温性能和安全性能的需求，进而提高了锂离子电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述三元锂离子电池电解液中包含非水性有机溶剂、锂盐及添加剂，所述添加剂中含有式(ⅰ)所示结构的化合物：

2.根据权利要求1所述的三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述式(ⅰ)所示结构的化合物选自以下化合物中的至少一种：

3.根据权利要求1所述的三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液中还包含其它添加剂，所述其它添加剂选自碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3丙烷磺酸内酯、1，3-丙烯磺酸内酯、三烯丙基磷酸酯、三(三甲基硅基)硼酸酯(tmsb)、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、柠康酸酐中的至少一种；优选地，所述其它添加剂的含量为锂离子电池电解液总质量的0.5-3.0％。

4.根据权利要求1所述的三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述其它添加剂中包含碳酸亚乙烯酯和硫酸乙烯酯；所述碳酸亚乙烯酯和硫酸乙烯酯在电解液中的质量占比分别为0.35-0.65％、0.7-1.3％。

5.根据权利要求1所述的三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述其它添加剂中包含碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯；所述碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量占比分别为0.35-0.65％、0.7-1.3％；所述其它添加剂中还包含硫酸乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯；所述硫酸乙烯酯和1,3-丙烷磺酸内酯在电解液中的质量占比分别为0.7-1.3％、0.35-0.65％。

6.根据权利要求1所述的三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、三草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂；优选地，所述六氟磷酸锂、二氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂在电解液中的质量占比分别为10-15％、0.5-1.5％、1-2％；优选地，所述锂盐中还包含二氟双草酸磷酸锂；更优选地，所述二氟双草酸磷酸锂在电解液中的质量占比分别为0.3-0.7％。

8.根据权利要求1所述的三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述非水性有机溶剂为链状碳酸酯、环状碳酸酯中的一种或多种；优选地，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯为碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或多种；优选地，所述非水性有机溶剂为碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)的混合物；更优选地，所述碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)的质量比为25-35：15-25：45-55。

9.一种三元高电压锂离子电池，其特征在于，所述三元高电压锂离子电池包括正极极片、负极极片、置于正极极片与负极极片之间的隔离膜和权利要求1-8任一项所述的三元锂离子电池电解液。

10.根据权利要求9所述的三元高电压锂离子电池，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体和正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质为lini1-x-y-zcoxmnyalzo2、镍锰酸锂、钴酸锂、富锂锰基固溶体、锰酸锂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z≤1，所述负极的活性物质为人造石墨、锂金属、包覆型天然石墨、硅碳负极、硅负极。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种三元锂离子电池电解液及锂离子电池。本发明的三元锂离子电池电解液中包含非水性有机溶剂、锂盐及添加剂，所述添加剂中含有式(Ⅰ)所示结构的化合物：其中，R选自烷基、烯基、炔基、腈基、苯基、异氰酸基、异硫氰酸基、咪唑基及其取代物中的一种。本发明电解液中加入的式(Ⅰ)所示结构的化合物，优先在负极形成SEI膜，防止负极表面离子脱嵌造成结构损坏，同时通过优化配方，在独特组合的多种组分的协同作用下，抑制锂离子电池的内阻增加和容量衰减，有效解决了锂离子电池高温存储性能和循环性能差的问题，提高了锂离子电池的电化学性能，延长了锂离子电池的日历和循环寿命。

技术研发人员：邱阳,朱学全,周小华,吴财平,付向天
受保护的技术使用者：杉杉新材料（衢州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16