锂离子电池电解液及锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、随着科技的不断进步，例如航空器、船舶、车辆、移动通信设备等各类移动设备不仅常在高温环境下运作，还会常在严寒的环境下运作，这就需要高低温性能优异的锂离子电池，所以开发能兼顾高低温性能的锂离子电池是国内外一个比较热点的课题。

2、通常来说，常温下性能良好的电池只能兼顾低温性能好或者高温性能良好，很难做到高低温性能兼顾，其中最主要的原因就是锂离子电池电解液的液态温度窗口窄，不能兼顾高低温下的热稳定性和电化学稳定性。为了解决锂离子电池在高低温条件下的应用问题，进一步拓展锂离子电池应用的温度范围，目前已采用多种方法进行改善，例如中国专利202010900795.7公开了采用具有环状焦碳酸酯结构和噻吩官能团的化合物作为电解液添加剂，以实现锂离子电池不仅具有高温性能，而且在-10℃下还具有良好的低温性能，然而，该化合物的环外含有酸酐结构，其容易形成过厚的界面聚合层，有碍进一步提高锂离子电池的低温性能，换言之，该化合物作为电解液添加剂时并不能实现锂离子电池在更低温条件(如-20℃)下还具有良好的低温性能。

3、因此，亟需开发一种不仅能保证锂离子电池的高温性能，同时可兼顾锂离子电池于-20℃下具有良好低温性能的锂离子电池电解液。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种锂离子电池电解液，该锂离子电池电解液能保证锂离子电池的高温性能，同时可兼顾锂离子电池于-20℃下具有良好的低温性能。

2、本发明的又一目的是提供一种锂离子电池，该锂离子电池不仅具有良好的高温性能，于-20℃下还具有良好的低温性能。

3、为实现以上目的，本发明提供了一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，添加剂包括结构式1或结构式2所示的化合物b：

4、

5、其中，r1、r4各自独立地选自卤素、c1-c6的烃基、c1-c6的卤素取代烃基、c1-c6的烷氧基或c1-c6的卤素取代烷氧基；r2、r3、r5、r6各自独立地选自氧或硫；x、y各自独立地选自碳、硫或磷；c、d、e、f各自独立地选自0和1中的任一种，且c和d不同时为1，e和f不同时为1。

6、与现有技术相比，本发明的锂离子电池电解液包括含有特殊结构的化合物b，化合物b具有相对较低的氧化电位，能在正极表面优先氧化，形成较薄的界面聚合层，从而降低电池内部阻抗，能改善锂离子电池于-20℃下的低温性能。另外，本发明的化合物b中具有含双键的多环结构，能在锂离子电池负极聚合形成热稳定性较优、导电子通道较少的界面，进而改善锂离子电池的高温存储及高温循环性能。因此，本发明的锂离子电池电解液能保证锂离子电池的高温性能，同时可兼顾锂离子电池于-20℃下具有良好的低温性能。

7、较佳地，本发明的结构式2中，r1与r4的基团相同，r2与r5的基团相同，r3与r6的基团相同，c和e的值相同，d和f的值相同。

8、较佳地，本发明的化合物b选自化合物1～化合物12中的至少一种：

9、

10、

11、较佳地，本发明的化合物b占锂离子电池电解液总质量的0.1％～5.0％。具体地，本发明的化合物b占锂离子电池电解液总质量可以为但不限于0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1％、1.5％、2％、2.2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。

12、较佳地，本发明的锂盐包括六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂(liclo4)、四氟硼酸锂(libf4)、甲基磺酸锂(lich3so3)、三氟甲基磺酸锂(licf3so3)、二草酸硼酸锂(c4blio8)、二氟草酸硼酸锂(c2bf2lio4)、二氟磷酸锂(lipo2f2)、二氟双草酸磷酸锂(lidfbp)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)中的至少一种。

13、较佳地，本发明的锂盐的浓度为0.5m～1.5m。具体地，本发明的锂盐的浓度可为但不限于0.5m、0.7m、0.9m、1m、1.1m、1.2m、1.3m、1.4m、1.5m。

14、较佳地，本发明的有机溶剂为链状碳酸酯、羧酸酯、醚类化合物和杂环化合物中的至少一种。具体地，本发明的有机溶剂选自碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、氟代碳酸甲乙酯(femc)、碳酸丙烯酯(pc)、乙酸丁酯(n-ba)、γ-丁内酯(gbl)、丙酸丙酯(n-pp)、丙酸乙酯(ep)和丁酸乙酯(eb)中的至少一种。

15、较佳地，本发明的锂离子电池电解液还包括助剂，助剂选自碳酸亚乙烯酯(vc)、亚乙烯基碳酸乙烯酯(vec)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、亚硫酸乙烯酯(es)、1,3-丙磺酸内酯(ps)、硫酸乙烯酯(dtd)中的至少一种。具体地，本发明的助剂质量占锂离子电池电解液总质量的0.1％-6％。

16、较佳地，本发明的助剂为碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的混合物。

17、为实现以上目的，本发明还提供了一种锂离子电池，包括正极和负极，还包括上述的锂离子电池电解液，正极由镍钴锰氧化物材料制成，镍钴锰氧化物材料为linixcoymn(1-x-y)mzo2，其中0.6≤x<0.9，x+y<1，0≤z<0.08，m为al、mg、zr和ti中的至少一种。

18、与现有技术相比，本发明的锂离子电池的电解液中包括含有特殊结构的化合物b，化合物b具有相对较低的氧化电位，能在正极表面优先氧化，形成较薄的界面聚合层，从而降低电池内部阻抗，能改善锂离子电池于-20℃下的低温性能。同时化合物b中具有含双键的多环结构，能在锂离子电池负极聚合形成热稳定性较优、导电子通道较少的界面，进而改善锂离子电池的高温存储及高温循环性能。因此，本发明的锂离子电池具有良好的高温性能，同时于-20℃下还具有良好的低温性能。

19、较佳地，本发明的x＝0.8，y＝0.1，m为zr，z＝0.03。

20、较佳地，本发明的负极由碳负极材料、硅负极材料或硅碳负极材料制成。优选地负极采用硅碳负极材料(10％si)。

技术特征：

1.一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括结构式1或结构式2所示的化合物b：

2.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述化合物b选自化合物1～化合物12中的至少一种：

3.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，，所述化合物b的质量占所述锂离子电池电解液总质量的0.1％～5.0％。

4.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。

5.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐的浓度为0.5m～1.5m。

6.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂为链状碳酸酯、羧酸酯、醚类化合物和杂环化合物中的至少一种。

7.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，还包括助剂，所述助剂选自碳酸亚乙烯酯、亚乙烯基碳酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯和硫酸乙烯酯中的至少一种。

8.如权利要求7所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述助剂为碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的混合物。

9.一种锂离子电池，包括正极和负极，其特征在于，还包括如权利要求1～8任一项所述的锂离子电池电解液，所述正极由镍钴锰氧化物材料制成，所述镍钴锰氧化物材料为linixcoymn(1-x-y)mzo2，其中0.6≤x<0.9，x+y<1，0≤z<0.08，m为al、mg、zr和ti中的至少一种。

10.如权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极由碳负极材料、硅负极材料或硅碳负极材料制成。

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池电解液及锂离子电池，其中锂离子电池电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，添加剂包括结构式1或结构式2所示的化合物B：其中，R1、R4各自独立地选自卤素、C1‑C6的烃基、C1‑C6的卤素取代烃基、C1‑C6的烷氧基或C1‑C6的卤素取代烷氧基；R2、R3、R5、R6各自独立地选自氧或硫；X、Y各自独立地选自碳、硫或磷；c、d、e、f各自独立地选自0和1中的任一种，且c和d不同时为1，e和f不同时为1。本发明的锂离子电池电解液能保证锂离子电池的高温性能，同时可兼顾锂离子电池于‑20℃下具有良好的低温性能。

技术研发人员：欧霜辉,王霹霹,毛冲,王晓强,黄秋洁,戴晓兵,冯攀,韩晖
受保护的技术使用者：合肥市赛纬电子材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14