一种电解液及锂离子电池的制作方法

本申请涉及锂离子电池，尤其涉及一种电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作。在充放电过程中，li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；充电时，li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。锂离子电池因能量密度大、自放电小、可快速充放电、循环寿命长等优点被广泛应用于消费类电子产品、新能源汽车、电动工具、储能装置等领域。

2、锂离子电池在低温下性能下降的问题一直制约着锂离子电池的应用。由于传统锂离子电池主要采用非水系液态电解液，低温会使其粘度增加，降低离子电导率，导致锂离子迁移速率变慢；同时，低温还会使得电池电极的极化增大，加速锂枝晶生长，进而破坏电极界面形态，造成电芯的放电容量降低和充电时析锂而产生的不可逆的容量损失，严重影响电池性能。

3、因此，如何改善锂离子电池的低温性能是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种电解液及锂离子电池，通过减少电解液在充放电过程中对正极材料和负极材料的破坏，同时能够在正极和负极界面形成稳定的界面保护层，降低低温循环过程正极和负极侧的极化作用，增强锂离子的迁移速率，提升锂离子电池的低温性能。

2、本申请第一方面提供一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述锂盐包括硝酸锂，所述有机溶剂包括磷酸酯，所述添加剂包括腈类化合物、氟代碳酸乙烯酯和氟代线性酸酐化合物。

3、在本申请的一些实施方式中，所述硝酸锂占所述电解液总质量的0.5％～3％。

4、在本申请的一些实施方式中，所述锂盐还包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基亚胺锂、二氟草酸磷酸锂、高氯酸锂中的至少一种。

5、在本申请的一些优选实施方式中，所述锂盐总质量占所述电解液总质量的8％～15％。

6、在本申请的一些实施方式中，所述磷酸酯化合物选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二甲酯、丙基膦酸二甲酯、甲基膦酸二乙酯、甲基膦酸二丙酯或其氟原子取代衍生物中的一种或多种。

7、在本申请的一些优选实施方式中，所述磷酸酯化合物占所述电解液总质量的5％～20％。

8、在本申请的一些实施方式中，所述有机溶剂还包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、丙酸乙酯，丙酸丙酯、丁酸甲酯、二氟乙酸乙酯、二氯乙酸乙酯中的至少两种。

9、在本申请的一些实施方式中，所述氟代线性酸酐化合物的结构通式如下所示：

10、

11、其中，所述r1、r2各自独立地选自氟原子取代的具有1-2个碳原子的烷基。

12、在本申请的一些优选实施方式中，所述氟代线性酸酐化合物选自二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、五氟丙酸酐、双3-三氟丙酸酐中的一种或多种。

13、在本申请的一些优选实施方式中，所述氟代线性酸酐化合物占所述电解液总质量的1％～4％。

14、在本申请的一些实施方式中，所述腈类化合物包括己二腈、丁二腈、1,3,6-己烷三甲腈、反式己烯二腈、反丁烯二腈、1,2-二(氰乙氧基)乙烷和1,2,3-三(氰乙氧基)丙烷的一种或多种。

15、在本申请的一些实施方式中，所述腈类化合物占所述电解液总质量的2％～4％。

16、在本申请的一些实施方式中，所述氟代碳酸乙烯酯占所述电解液总质量的4％～8％。

17、本申请第二方面提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜以及如本申请第一方面所述的电解液。

18、在本申请的一些实施方式中，所述正极极片中含有磷酸铝钛锂固态电解质。

19、在本申请的一些优选实施方式中，所述磷酸铝钛锂固态电解质占所述正极材料层总质量的0.5％～1.0％。

20、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

21、本申请方案通过在电解液中添加硝酸锂、磷酸酯化合物、腈类化合物、氟代碳酸乙烯酯和氟代线性酸酐化合物，优化锂离子溶剂化结构，使得电解液中各组分能够协同保护正极和负极结构，减少电解液在正负极结构上的副反应，减少低温充放电过程中正极和负极发生的极化反应，提高电解液和正负极结构的稳定性，使得电池在低温场景下应用时具有低温长循环性能；并且能够改善电池在低温条件下应用时锂离子在正负极之间的迁移速率不佳的问题，使得电池在低温场景下应用时仍然能够实现大功率放电。

22、进一步地，本申请方案通过优化电解液的组成以及正极材料的组成，在正极材料中添加磷酸铝钛锂固态电解质，能够与本申请中的电解液协同改善电池在低温尤其是极低温环境中应用时电解液粘度增加导致离子电导率下降、电极极化严重、电解液损耗等问题，提高电解液和正负极结构的稳定性，使得电池在低温场景下应用时具有低温长循环性能和大功率放电性能。

技术特征：

1.一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述锂盐包括硝酸锂，所述有机溶剂包括磷酸酯化合物，所述添加剂包括腈类化合物、氟代碳酸乙烯酯和氟代线性酸酐化合物。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于：所述锂盐还包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基亚胺锂、二氟草酸磷酸锂、高氯酸锂中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述磷酸酯化合物选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二甲酯、丙基膦酸二甲酯、甲基膦酸二乙酯、甲基膦酸二丙酯或其氟原子取代衍生物中的一种或多种；

5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于：所述有机溶剂还包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、丙酸乙酯，丙酸丙酯、丁酸甲酯、二氟乙酸乙酯、二氯乙酸乙酯中的至少两种。

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述氟代线性酸酐化合物的结构通式如下所示：

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述腈类化合物包括己二腈、丁二腈、1,3,6-己烷三甲腈、反式己烯二腈、反丁烯二腈、1,2-二(氰乙氧基)乙烷和1,2,3-三(氰乙氧基)丙烷的一种或多种。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的电解液，其特征在于：

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、隔膜以及如权利要求1至8任意一项所述的电解液。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极极片中含有磷酸铝钛锂固态电解质；

技术总结
本申请涉及一种电解液及锂离子电池。其中电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐包括硝酸锂，有机溶剂包括磷酸酯化合物，添加剂包括腈类化合物、氟代碳酸乙烯酯和氟代线性酸酐化合物。本申请提供的方案，减少充放电过程中对正极材料和负极材料的分解，同时能够在正极和负极界面形成稳定的界面保护层，减少电解液在正负极材料发生副反应，降低低温循环过程正极和负极侧的极化作用，增强锂离子的迁移速率，提升锂离子电池的低温性能。

技术研发人员：肖阳,邓卫龙,李枫,张昌明,胡大林,廖兴群
受保护的技术使用者：广东省豪鹏新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19