一种锂离子电池及其电解液的制作方法

本发明属于锂离子电池，涉及一种锂离子电池及其电解液。

背景技术：

1、锂离子电池因具有能量密度高、寿命长、无记忆效应等特点而广泛应用于移动电子设备、电动汽车、无人机等领域。随着使用锂离子电池供电的产品的不断发展和人们对锂离子电池的能量密度、寿命和快充性能等提出了更高的需求。

2、为了提供锂电池的能量密度，人们倾向于使用高电压和高克容量正极材料，如镍钴铝三元材料。但是正极材料在高温高电压下容易相变导致材料分解，材料分解后一方面金属离子溶出并迁移到电解液和负极产生副反应，不仅恶化锂离子电池的内阻，而且还导致活性锂离子的消耗；另一方面正极材料在高温高电压下具有较强氧化性，此外还会释氧，都会导致电解液被氧化产气；最终导致锂离子电池快充性能、高温循环和高温存储性能的恶化。

3、因此，在本领域，对于如何提高锂电池的性能仍然是研究重点。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池及其电解液。本发明的电解液可以明显改善锂离子电池快充性能、高温循环和高温存储性能。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液包括电解质、溶剂和添加剂，所述添加剂包括添加剂a和添加剂b，所述添加剂a为含有烷基硅基团的环状亚磷酸酯化合物，所述添加剂b为同时含有磺酸酯基团和羧酸酯基团的环状化合物，所述添加剂a选自式ⅰ所示的化合物，所述添加剂b选自式ii所示的化合物：

4、

5、其中，a选自碳原子数为2~8（例如2、3、4、5、6、7或8）的烷基或碳原子数为2~8（例如2、3、4、5、6、7或8）的烯基，r1、r2和r3独立地选自碳原子数为1~3（例如1、2或3）的烷基，r4和r5独立地选自氢原子或碳原子数为1~3（例如1、2或3）的烷基。

6、在本发明中，添加剂a和添加剂b组合可以有效抑制正负极表面的副反应，抑制产气，改善锂离子电池的高温循环和存储性能，此外在正负极形成的界面膜具有较低的阻抗，可以改善锂离子电池的快充性能。

7、优选地，所述添加剂a选自如下化合物1~化合物6中的至少一种：

8、

9、。

10、优选地，所述添加剂a在锂离子电池电解液中的质量百分比含量为0.3%~4%，例如0.3%、0.5%、0.8%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%或4%。

11、优选地，所述添加剂b选自如下化合物7~化合物8中的至少一种：

12、。

13、优选地，所述添加剂b在锂离子电池电解液中的质量百分比含量为0.2%~2%，例如0.2%、0.3%、0.5%、0.8%、1%、1.3%、1.5%、1.8%或2%。

14、优选地，所述锂离子电池电解液中还包含添加剂c，所述添加剂c为钠盐型添加剂。

15、在本发明中，添加剂c在正负极表面形成的界面膜为钠盐型界面膜，在电解液中具有较高的溶解度，使得界面膜形成较为疏松的结构，更有利于锂离子的传输，可以进一步改善锂离子电池的快充性能。

16、优选地，所述钠盐型添加剂为一氟磷酸钠、二氟磷酸钠、二氟草酸硼酸钠或二草酸硼酸钠中的至少一种。

17、优选地，所述添加剂c在锂离子电池电解液中的质量百分比含量为0.1%~1%，例如0.1%、0.3%、0.5%、0.8%或1%。

18、优选地，所述溶剂为碳酸酯溶剂、氟代碳酸酯溶剂、羧酸酯溶剂、氟代羧酸酯溶剂、醚类溶剂和氟代醚类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。

19、优选地，所述碳酸酯溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的任意一种或至少两种的组合。

20、优选地，所述氟代碳酸酯溶剂包括氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、甲基三氟甲基基碳酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯和二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

21、优选地，所述羧酸酯溶剂包括甲酸甲酯，乙酸甲酯，丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯或丁酸乙酯中的任意一种或至少两种的组合。

22、优选地，所述氟代羧酸酯溶剂包括氟代乙酸乙酯、三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丙酯、二氟乙酸2,2,2-三氟乙基酯、五氟丙酸甲酯或乙酸2,2-二氟乙酯中的任意一种或至少两种的组合。

23、优选地，所述醚类溶剂包括四氢呋喃、1,3-二氧五环、乙醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚中的任意一种或至少两种的组合。

24、优选地，所述氟代醚类溶剂包括双(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚或1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚中的任意一种或至少两种的组合。

25、优选地，所述电解质选自lipf6、lifsi、litfsi或libf4中的至少一种。

26、优选地，所述电解质在电解液中的含量为8%~18%，例如可以为8%、10%、12%、14%、16%、18%。

27、另一个方面，本发明提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片、负极极片、电解液和隔膜，所述电解液为如上所述的锂离子电池电解液。

28、优选地，所述正极极片包含正极材料，所述正极材料选自镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、镍钴锰铝四元材料、镍锰铝三元材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁锂中的至少一种。

29、优选地，所述负极极片包含负极材料，所述负极材料包括碳材料和硅材料中的至少一种。

30、优选地，所述碳材料为天然石墨、人造石墨、硬碳或软碳中的至少一种。

31、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

32、在本发明中，添加剂a为含有烷基硅基团的环状亚磷酸酯化合物；添加剂a可以发生开环反应优先在正负极表面形成稳定的低阻抗界面膜；添加剂a上的亚磷酸酯结构上的p元素含有孤电子对，可以与正极材料中的金属元素结合，具有稳定正极材料的作用；添加剂a上的烷基硅基团还可以清除正极材料中的水份、hf和残碱等物质，抑制上述物质对正极材料的腐蚀和对电解液的分解。在本发明中，添加剂b为同时含有磺酸酯基团和羧酸酯基团的环状化合物；添加剂b可以在正负极表面形成稳定且致密的界面膜，可以有效抑制正负极表面的副反应；添加剂b为磺酸酯结构，可以与正极中的释氧结合，抑制释氧对电解液的氧化；添加剂b同时含有磺酸酯基团和羧酸酯基团，其形成的界面膜同样不会明显增加锂离子电池的阻抗。在本发明中通过在电解液中加入添加剂a和添加剂b，二者协同作用，可以有效抑制正负极表面的副反应，抑制产气，改善锂离子电池的高温循环和存储性能，此外在正负极形成的界面膜具有较低的阻抗，可以改善锂离子电池的快充性能。

技术特征：

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液包括电解质、溶剂和添加剂，所述添加剂包括添加剂a和添加剂b，所述添加剂a为含有烷基硅基团的环状亚磷酸酯化合物，所述添加剂b为同时含有磺酸酯基团和羧酸酯基团的环状化合物，所述添加剂a选自式ⅰ所示的化合物，所述添加剂b选自式ii所示的化合物：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂a选自如下化合物1~化合物6中的至少一种：

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂a在锂离子电池电解液中的质量百分比含量为0.3%~4%。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂b选自如下化合物7和化合物8中的至少一种：

5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂b在锂离子电池电解液中的质量百分比含量为0.2%~2%。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液中还包含添加剂c，所述添加剂c为钠盐型添加剂；

7.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述溶剂为碳酸酯溶剂、氟代碳酸酯溶剂、羧酸酯溶剂、氟代羧酸酯溶剂、醚类溶剂和氟代醚类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解质选自lipf6、lifsi、litfsi或libf4中的至少一种；

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极极片、负极极片、电解液和隔膜，所述电解液为如权利要求1-8中任一项所述的锂离子电池电解液。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极极片包含正极材料，所述正极材料选自镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、镍钴锰铝四元材料、镍锰铝三元材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁锂中的至少一种；

技术总结
本发明提供一种锂离子电池及其电解液，本发明属于锂离子电池技术领域，所述锂离子电池电解液包括电解质、溶剂和添加剂，所述添加剂包括添加剂A和添加剂B，所述添加剂A为含有烷基硅基团的环状亚磷酸酯化合物，所述添加剂B为同时含有磺酸酯基团和羧酸酯基团的环状化合物。本发明中添加剂A和添加剂B联用，可以有效抑制正负极表面的副反应，抑制产气，改善锂离子电池的高温循环和存储性能，且正负极形成的界面膜具有较低的阻抗，可以改善锂离子电池的快充性能。

技术研发人员：田少杰,陈卫晓,刘凯,林雅,臧成杰,郑春龙,韩彬
受保护的技术使用者：天鹏锂能技术（淮安）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6