電解液以及包含該電解液的鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及鋰電池領(lǐng)域，特別的，涉及一種電解液以及包含該電解液的鋰離子電 池。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，提高鋰離子電池的能量密度有以下幾種方式：
[0003] -、采用高電壓體系的正極材料，但是，在高電壓體系下，電解液成分不穩(wěn)定；
[0004] 二、采用高容量的負(fù)極材料，例如，負(fù)極摻雜硅材料，但是摻雜硅的負(fù)極材料的負(fù) 極片膨脹嚴(yán)重，首次循環(huán)效率較低；
[0005] 三、采用涂布重量高和高壓實(shí)密度的正極片和負(fù)極片，但是，采用涂布重量高和高 壓實(shí)密度的正極片和負(fù)極片時(shí)，電解液的浸潤(rùn)性會(huì)變差，特別的，在充電過(guò)程中鋰離子電池 容易析鋰。
[0006] 另外，要實(shí)現(xiàn)鋰電池快速充電，需要加大充電倍率和延長(zhǎng)充電過(guò)程中恒流充電的 時(shí)間。然而，在大倍率充電過(guò)程中，鋰電池的溫度可高達(dá)幾十?dāng)z氏度，從而會(huì)造成鋰電池過(guò) 熱，導(dǎo)致鋰電池燃燒或是爆炸，進(jìn)一步引起火災(zāi)等安全問(wèn)題。此外，選用大倍率進(jìn)行充電時(shí)， 還會(huì)存在析鋰風(fēng)險(xiǎn)。
[0007] 因此，現(xiàn)在亟需一種具有優(yōu)良的快速充電性能和抑制低溫析鋰性能的電解液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)人進(jìn)行了銳意研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：包含有磷酸環(huán)酐類(lèi)化合 物以及鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物的電解液，能夠提高鋰離子電池的電化學(xué)性能，從而完成本申 請(qǐng)。
[0009] 本申請(qǐng)的目的在于提供一種電解液，包括鋰鹽、溶劑和添加劑，其中，所述添加劑 為磷酸環(huán)酐類(lèi)化合物，所述溶劑包括鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物。
[0010] 特別的，所述添加劑為選自下式I所示的化合物中的一種或多種：
[0011]
[0012] R3、R4、1?5各自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為1~20的烷烴基、碳原子數(shù)為6~18的 芳基、氫原子中的一種。
[0013] 本申請(qǐng)的另一目的在于提供一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、鋰電池隔膜以 及本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾娊庖骸?br>[0014] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾娊庖?，不僅能夠提高鋰離子電池正極的穩(wěn)定性，而且能夠提高鋰 離子電池的電化學(xué)性能，例如，鋰離子電池的能量密度以及充電速率，同時(shí)改善鋰離子電池 在低溫下的析鋰情況。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面通過(guò)對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本申請(qǐng)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將隨著這些說(shuō)明而變得更 為清楚、明確。
[0016] 本申請(qǐng)的目的在于提供一種電解液，包括鋰鹽、溶劑和添加劑，其中，所述添加劑 為磷酸環(huán)酐類(lèi)化合物，所述溶劑包括鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物。
[0017] 在本申請(qǐng)中，所述磷酸環(huán)酐類(lèi)化合物為含
基團(tuán)的化合物，其中，在 每一個(gè)磷原子上的短線均代表失去原子或原子團(tuán)后形成的單鍵。
[0018] 在上述電解液中，所述磷酸環(huán)酐類(lèi)化合物的具體種類(lèi)并沒(méi)有特別的限制，可根據(jù) 實(shí)際需求進(jìn)行選擇。
[0019] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述添加劑為選自下式I所示的化合物中的一種或多種：
[0020]
[0021] 在上述式I中，K3、K4、心谷目棚！地艿選目候原于數(shù)艿1~沈的烷烴基、碳原子 數(shù)為6~18的芳基、氫原子中的一種。
[0022] 在上述式I中，馬、&、1?5各自獨(dú)立的任意選取上述基團(tuán)，特別的，1?3、&、1? 5均相同。
[0023] 在本申請(qǐng)中，當(dāng)R3、R4、R5各自獨(dú)立地為碳原子數(shù)為1~20的烷烴基時(shí)，烷烴基的 具體種類(lèi)并不受到具體的限制，鏈狀烷烴基和環(huán)狀烷烴基均可，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。 特別的，選用的直鏈烷烴基和環(huán)狀烷烴基。更特別的，選用直鏈烷烴基。
[0024] 在本申請(qǐng)中，直鏈烷烴基為不帶有支鏈的鏈狀烷烴基。
[0025] 在本申請(qǐng)中，當(dāng)R3、R4、R5各自獨(dú)立地為碳原子數(shù)為6~18的芳基時(shí)，芳基的具體 種類(lèi)并沒(méi)有特別的限制，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。特別的，芳基為苯基、苯烷基。
[0026] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，R3、R4、1?5各自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為1~10的烷烴基、 碳原子數(shù)為7~10的芳基、氫原子中的一種。
[0027] 在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，R3、R4、1?5各自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為2~6的烷 烴基、碳原子數(shù)為7~9的芳基、氫原子中的一種。
[0028] 在更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，R3、R4、1?5各自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為3~6的 烷烴基、碳原子數(shù)為7~9的苯烷基、氫原子中的一種。
[0029] 作為磷酸環(huán)酐類(lèi)化合物的實(shí)例，具體可以舉出：
[0030]
[0032] 在上述電解液中，所述添加劑的含量并沒(méi)有特別的限制，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選 擇。
[0033] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述添加劑的含量為電解液的總重量的0. 1~4%，進(jìn)一步 的，添加劑的含量?jī)?yōu)選為電解液的總重量的〇. 2~3. 5%，更進(jìn)一步的，添加劑的含量?jī)?yōu)選 為電解液的總重量的〇. 3~3%，最優(yōu)選為0. 5~3%。
[0034]經(jīng)本申請(qǐng)人研宄發(fā)現(xiàn)，添加劑的含量過(guò)低，不能夠提高鋰離子電池的正極的穩(wěn)定 性以及能量密度，另外，添加劑的含量過(guò)高，則反而會(huì)降低鋰離子電池的快速充電性能，同 時(shí)加大析鋰現(xiàn)象。
[0035] 在本申請(qǐng)中，磷酸環(huán)酐類(lèi)化合物可根據(jù)常規(guī)的方法進(jìn)行合成。
[0036]在上述電解液中，所提及的鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物為含]
基團(tuán)的鏈狀化 合物。
[0037]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物為選自下式II所示的化合物中 的一種或多種：
[0038]
[0039]在上述式II中，&、馬各自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為1~9的烷烴基，其中，碳原 子數(shù)為1~9的烷烴基的具體種類(lèi)并沒(méi)有特別的限制，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。特別的， 選用直鏈烷烴基。
[0040] 在上述式II中，Ri、R2可以相同也可以不同，并沒(méi)有特別的限制，可根據(jù)實(shí)際需求 進(jìn)行選擇。
[0041] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，Ri、馬各自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為2~8的烷烴基，進(jìn)一 步優(yōu)選地，&、馬各自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為3~6的烷烴基，更進(jìn)一步優(yōu)選地，R馬各 自獨(dú)立地為選自碳原子數(shù)為3~5的烷烴基。
[0042] 作為鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物的實(shí)例，具體可以舉出：乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、 丙酸正丙酯、丙酸異丙酯、丙酸正丁酯、丙酸異丁酯、丙酸正戊酯、丙酸異戊酯、正丁酸丙酯、 異丁酸丙酯、正丁酸正戊酯、異丁酸正戊酯、正丁酸正丁酯、異丁酸異丁酯、正戊酸正戊酯、 己酸己醋。
[0043] 經(jīng)本申請(qǐng)人研宄發(fā)現(xiàn)，由于電解液包括鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物和磷酸環(huán)酐類(lèi)化合 物，在兩者的共同作用下，不僅能夠提高電解液的浸潤(rùn)性、提高鋰離子電池的大倍率充電性 能、穩(wěn)定鋰離子電池中的正極片、提升鋰離子電池的能量密度，而且能夠降低鋰離子電池快 速升溫的風(fēng)險(xiǎn)以及提高鋰離子電池的充電速率，另外，還能夠減輕析鋰現(xiàn)象。其中，所提及 的能量密度為在單位體積內(nèi)包含的能量。
[0044]另外，選用由本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾娊庖?，能夠使得鋰離子電池的充電終止電壓為 4. 35 ~5V。
[0045] 在本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾娊庖褐校湢铘人狨ヮ?lèi)化合物的含量并沒(méi)有特別的限制，可根 據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。
[0046] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物的含量為溶劑的總重量的5~60%， 進(jìn)一步的，鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物的含量?jī)?yōu)選為溶劑的總重量的8~50%，更進(jìn)一步的，鏈狀 羧酸酯類(lèi)化合物的含量?jī)?yōu)選為溶劑的總重量的10~40%，最優(yōu)選為15~35%。
[0047] 經(jīng)本申請(qǐng)人研宄發(fā)現(xiàn)，鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物的含量過(guò)低，不能改善鋰離子電池的 快速充電性能，鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物的含量過(guò)高，也不能夠提高鋰離子電池的快速充電性 能。
[0048] 在上述電解液中，所述鋰鹽的具體種類(lèi)并不受到具體的限制，有機(jī)鋰鹽和無(wú)機(jī)鋰 鹽均可，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。
[0049] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰（LiPF6)、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰 (LiN(CF3S02)2，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)iTFSI)、雙（氟磺酰）亞胺鋰（Li(N(S02F)2，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)iFSI)、雙草酸 硼酸鋰（LiB(C204) 2，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)iBOB)、二氟草酸硼酸鋰（LiBF2(C204)，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)iDFOB)、四氟硼 酸鋰（LiBF4)、高氯酸鋰（LiC104)、六氟砷酸鋰（LiAsF6)和三氟甲烷磺酸鋰（LiCF3S03)中的 一種或多種。
[0050] 特別的，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟合砷酸鋰、雙三氟 甲烷磺酰亞胺鋰、三氟甲烷磺酸鋰和雙草酸硼酸鋰中的一種或多種，更特別的，鋰鹽為六氟 磷酸鋰。
[0051] 在上述電解液中，鋰鹽的含量并不受到具體的限制，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，特 別的，鋰鹽在電解液中的含量為使得鋰鹽在電解液中的摩爾濃度0. 8~1. 4mol/L，更特別 的，鋰鹽在電解液中的含量使得鋰鹽在電解液中的摩爾濃度為lmol/L。
[0052] 在上述電解液中，溶劑中包括的物質(zhì)的具體種類(lèi)并沒(méi)有特別的限制，可根據(jù)實(shí)際 需求進(jìn)行選擇。特別的，溶劑中包括非水溶劑中的一種或多種。更特別的，溶劑中包括非水 有機(jī)溶劑中的一種或多種。
[0053]作為非水有機(jī)溶劑的實(shí)例，具體可以舉出：碳酸乙烯酯（EC)、碳酸丙烯酯（PC)、碳 酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸甲乙酯（EMC)、y-丁內(nèi)酯（BL)、四氫呋喃（THF)。
[0054] 經(jīng)本發(fā)明人研宄發(fā)現(xiàn)，選用具體舉出的這些非水有機(jī)溶劑，能夠進(jìn)一步提高鋰離 子電池的能量密度，縮短充電時(shí)間以及進(jìn)一步降低析鋰風(fēng)險(xiǎn)。
[0055] 在本申請(qǐng)中，電解液的制備方法并沒(méi)有特別的限制，采用常規(guī)方法制備即可。例 如，將鋰鹽、除鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物外的溶劑的其余組分、鏈狀羧酸酯類(lèi)化合物以及添加劑 進(jìn)行混合，獲得電解液。其中，物料的添加順序并沒(méi)有特別的限制，可根據(jù)需求進(jìn)行選擇。
[0056] 特別的，將鋰鹽加入到溶劑中進(jìn)行混合，然后依次加入添加劑、鏈狀羧酸酯類(lèi)化合 物。
[0057] 本申請(qǐng)的另一目的在于提供一種鋰離子電池，包括由本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾娊庖骸?br>[0058] 在上述鋰離子電池中，還包括正極片、負(fù)極片和鋰電池隔膜。
[0059] 在上述鋰離子電池中，正極片包括正極集流體以及在正極集流體上的正極涂覆 層，負(fù)極片包括負(fù)極集流體以及在負(fù)極集流體上的負(fù)極涂覆層。
[0060] 在上述鋰離子電池中