一種改善鋰電池極片界面的鋰離子電池電解液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及裡離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種改善裡電池極片界面的裡離子電 池電解液。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池由于工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長、對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，廣泛 應(yīng)用于3C數(shù)碼產(chǎn)品、電動(dòng)汽車、軍事航天等領(lǐng)域。隨著人們生活水平的提高，對(duì)裡離子電池 的工作環(huán)境、能量密度、快速充放電提出了更高的要求。
[0003] 裡離子電池在低溫環(huán)境下其放電能力衰減較快，并且低溫環(huán)境充電負(fù)極界面容易 析裡，從而造成對(duì)電池不可逆的損壞，情況嚴(yán)重時(shí)更可能由于電池析裡產(chǎn)生安全隱患。而提 升電池能量密度的一種方式是提高電池極片的壓實(shí)密度，但壓實(shí)密度的提高意味著材料的 傳質(zhì)導(dǎo)電速度降低，阻抗增大，導(dǎo)致電池在使用過程中極片容易存在析裡、黑斑等現(xiàn)象。另 一方面，裡電池快速充電的過程中由于正極在單位時(shí)間里脫出更多的裡離子進(jìn)入負(fù)極，在 大電流的驅(qū)動(dòng)下往往由于負(fù)極傳質(zhì)阻抗的原因使得裡離子無法完全嵌入負(fù)極內(nèi)部，從而停 留在極片外部造成析裡、堵塞裡離子傳輸通道，久而久之電池變厚、變形，極易造成安全風(fēng) 險(xiǎn)。
[0004] 因此，電池在反復(fù)使用過程中負(fù)極極片界面的好壞對(duì)電池的特殊功能、使用壽命、 安全性方面有較大影響，亟需開發(fā)出可改善負(fù)極極片界面的電解液W滿足電池對(duì)低溫充放 電、快速充放電、高壓實(shí)密度體系下的綜合電性能的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改善裡電池極片界面的裡離子 電池電解液，該電解液通過對(duì)極片界面的改善，能夠同時(shí)滿足電池對(duì)低溫充放電、快速充放 電、高壓實(shí)密度體系下的綜合電性能要求。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 提供一種改善裡電池極片界面的裡離子電池電解液，由非水性有機(jī)溶劑、裡鹽及 添加劑組成，所述非水性有機(jī)溶劑包括簇酸醋、面代碳酸醋、芳香控及其面代芳控中的至少 一種，所述面代碳酸醋和所述面代芳控中的面素取代物為F、Cl、Br中的至少一種;該類型溶 劑具有較好浸潤性，較低黏度和較寬液程的優(yōu)點(diǎn)；
[000引所述添加劑包括裡鹽添加劑、氣代碳酸醋、氣代酸、憐臘及其衍生物中的至少一 種，該類型添加劑具有常溫和低溫阻抗均較低的優(yōu)點(diǎn)。
[0009] W上非水性有機(jī)溶劑和添加劑均具有較高的蒸汽壓(溫度25°C、蒸汽壓〉2Kpa，溫 度45°C、蒸汽壓〉8Kpa，80°C時(shí)、蒸汽壓〉25Kpa)，該類具有較高蒸汽壓的化合物均不會(huì)明顯 參與到負(fù)極SEI膜的形成，從而降低因該類型化合物的加入形成SEI膜而增加裡離子在SEI 膜中的阻抗，從而提供良好的動(dòng)力學(xué)環(huán)境和平衡電池各方面性能。
[0010]優(yōu)選的，所述非水性有機(jī)溶劑占裡離子電池電解液總質(zhì)量的70-88%。
[0011] 優(yōu)選的，所述添加劑占裡離子電池電解液總質(zhì)量的0.1-15%。
[0012] 優(yōu)選的，所述簇酸醋包括下酸丙醋、乙酸丙醋、乙酸異丙醋、丙酸乙醋、丙酸丙醋、 丙酸下醋、丙酸異丙醋、下酸乙醋中的至少一種。運(yùn)是因?yàn)榇厮岽字幸宜嵋掖住⒁宜峒状?、?酸乙醋等含有甲基的簇酸醋往往與石墨的兼容性較差，雖能一定程度改善界面，但電池的 循環(huán)性能、高溫性能往往受到負(fù)面影響，即便采用特殊成膜添加劑對(duì)其性能的改善也難W 滿足電池的長壽命循環(huán)性能，更無法滿足電池快充性能的要求。
[0013] 優(yōu)選的，所述芳控包括苯、甲苯、二甲苯中的至少一種;所述面代芳控中的面素取 代是單取代或非對(duì)稱多取代。
[0014] 更優(yōu)選的，所述面代芳控包括單氣苯、1，3,5-=氣苯、二氣苯、=氣甲苯、2-氣甲 苯、2,4-二氯=氣甲苯中的至少一種。本發(fā)明所選用的芳控及其面代芳控，由于引入大的共 輛體系更加利于電子的傳輸，從而提高電池的動(dòng)力學(xué)性能。面代芳控中更為優(yōu)選的是W單 取代、非對(duì)稱多取代的面代芳控效果最佳。運(yùn)是因?yàn)椋瑔稳〈蚍菍?duì)稱多取代的面代芳控產(chǎn) 生一定極化，與電解液相容性增強(qiáng)，而分子內(nèi)對(duì)稱取代的面代芳控往往烙點(diǎn)較高，不利于提 供較好的電化學(xué)環(huán)境。
[0015] 申請(qǐng)人還通過對(duì)上述電解液的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，在使用本發(fā)明添加劑體系前提下， 非水性有機(jī)溶劑中選擇簇酸醋、面代芳控中的氣苯化合物替代現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的碳酸醋溶 劑，對(duì)電池極片的改善具有較好的作用。一方面，簇酸醋和氣苯化合物具有較寬的液程、不 參與負(fù)極SEI膜的形成，另一方面簇酸醋和氣苯化合物本身的介電常數(shù)相對(duì)一般的碳酸醋 溶劑更高且黏度更低，對(duì)電池的動(dòng)力學(xué)性能更優(yōu)異。
[0016] 優(yōu)選的，所述氣代碳酸醋包括氣代碳酸乙締醋、=氣甲基碳酸乙締醋、4-=氣代甲 基碳酸乙締醋、氯代碳酸乙締醋、雙氣碳酸丙締醋、=氣代乙酸乙醋、=氣乙基甲基碳酸醋、 二(2,2,2-S氣乙基)碳酸醋、S氣丙酸甲醋、3,3,3-S氣代乙酸乙醋、2-(S氣甲基)苯甲酸 甲醋、4,4,4-S氣下酸乙醋、1，1,1,3,3,3-六氣異丙基丙締酸醋中的至少一種；
[0017] 優(yōu)選的，所述氣代酸包括氣甲基-1，1，1，3，3，3-六氣異丙基酸、1，1，2，2-四氣乙基 乙基酸、2,6-二氣苯甲酸、1，1，1，3,3,3-六氣異丙基甲基酸、四氣甲基下基酸、1，1，3,3,3-五氣-2-=氣甲基丙基甲基酸、1，1，2，2-四氣乙基-2，2，2-=氣乙基酸、1，2，2-四氣乙基-2， 2,3,3-四氣丙基酸、1，1，2,2-四氣乙基-4-甲基苯基酸中的至少一種。
[0018] 更優(yōu)選的，本發(fā)明使用的氣代酸化合物W鏈狀非芳控取代、W及末端為多取代的 氣代酸尤佳，原因是由于芳控的引入往往會(huì)增高烙點(diǎn)，而末端多取代可W提高與電池負(fù)極 的兼容性，從而防止電池性能惡化。
[0019] 優(yōu)選的，所述憐臘及其衍生物包括:六氯環(huán)=憐臘、六氣環(huán)=憐臘、苯氧基環(huán)憐臘、 甲氧基(五氣)環(huán)=憐臘、乙氧基(五氣)環(huán)=憐臘、2,2,4,4-四乙氧基-6,6-二徑乙氧基環(huán)= 憐臘、六（甲基丙締酸徑乙醋）環(huán)=憐臘、六甲氧基環(huán)=憐臘、六丙氧基環(huán)=憐臘、=甲基娃 氧環(huán)憐臘、2,4-二乙氧基-2,4,6-四氣-l，3,5,215,415,615-環(huán)S憐臘、2,2,4,4,5-五氣-6-苯氧基-l，3,5,215,415,615-環(huán)S憐臘中的至少一種。
[0020] 優(yōu)選的，所述裡鹽添加劑包括:六氣憐酸裡、雙草酸棚酸裡、二氣草酸棚酸裡、雙氣 橫酷亞胺裡、四氣棚酸裡、雙=氣甲燒橫酷亞胺裡中的至少一種;所述裡鹽添加劑占裡離子 電池電解液總質(zhì)量的10-14%。更為優(yōu)選的是二氣草酸棚酸裡、雙氣橫酷亞胺裡、雙=氣甲 燒橫酷亞胺裡，其成膜電位較高，成膜內(nèi)阻較小，有利于電池性能的改善。
[0021] 本發(fā)明上述采用的有機(jī)溶劑和添加劑需聯(lián)合使用才能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，任何一方的 缺失都容易造成電池極片外觀易受到破壞或無法同時(shí)滿足電池對(duì)低溫充放電、快速充放電 和高壓實(shí)密度體系下的綜合電性能的要求。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種改善裡電池極片界面的裡離子電池電解液具有W 下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] (1)本發(fā)明的電解液選擇的非水性有機(jī)溶劑或添加劑中均包含有一類具有較高蒸 汽壓(溫度25°C、蒸汽壓〉2Kpa，溫度45°C、蒸汽壓〉8Kpa，80°C時(shí)、蒸汽壓〉25Kpa)的化合物）， 該類化合物添加至電解液中均不會(huì)明顯參與到負(fù)極SEI膜的形成，從而降低因該類添加劑 或有機(jī)溶劑的加入形成SEI膜而增加裡離子在SEI膜中的阻抗，進(jìn)而提供良好的動(dòng)力學(xué)環(huán)境 和平衡電池各方面性能；
[0025] (2)本發(fā)明使用的非水性有機(jī)溶劑包括簇酸醋、面代碳酸醋、芳香控及其面代芳控 中的至少一種，其具有較好的浸潤性、較低的黏度和較寬的液程，能保證電池在低的溫度下 正常工作;本發(fā)明使用的添加劑包括裡鹽添加劑、氣代碳酸醋、氣代酸、憐臘及其衍生物中 的至少一種，其在常溫下阻抗較低，在低溫環(huán)境下阻抗變化較小.
[0026] 通過本發(fā)明的有機(jī)溶劑和添加劑的聯(lián)合使用所產(chǎn)生的協(xié)同作用，使得電解液在低 溫、快速充放電環(huán)境下的負(fù)極界面良好，避免及減少發(fā)生充電析裡的現(xiàn)象，從而能夠同時(shí)滿 足低溫充放電、快速充放電、負(fù)極極片高壓實(shí)密度(負(fù)極極片壓實(shí)密度達(dá)到1.55g/cm 3W上） 的電池體系的需求，并且降低電池析裡而產(chǎn)生的安全隱患。本發(fā)明采用的有機(jī)溶劑和添加 劑需要同時(shí)使用，任何一方的缺失都容易造成電池極片外觀易受到破壞或無法同時(shí)滿足電 池對(duì)低溫充放電、快速充放電、高壓實(shí)密度體系下的綜合電性能的需求。
【附圖說明】
[0027] 圖1是常規(guī)溶劑、添加劑W及本發(fā)明的溶劑、添加劑的蒸汽壓曲線圖。
[002引圖2是對(duì)比例1至3和實(shí)施例1至12的電池在0°C、0.2C/0.2C循環(huán)5周滿電負(fù)極界面 的拍攝圖。
[0029] 圖3是對(duì)比例2、3和實(shí)施例3、6的電池在0°C、0.2C/0.2C循環(huán)5周庫倫效率圖。
[0030] 圖4是對(duì)比例3及實(shí)施例1和10的裡離子電池電解液的快速充電循環(huán)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]結(jié)合W下實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032] 對(duì)比例1:
[0033] 在充滿氣氣的手套箱(