一种电解液及锂离子电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池，具体涉及到一种电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池以电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点被广泛应用于动力、储能、航天、数码等领域。为缓解消费者对里程的焦虑，高能量密度和高电压是当前的研究热点。但当提高锂离子电池的工作电压后，会出现正极金属离子溶出、电解液副反应的发生、电极电解液界面处的劣化等现象，最终导致锂离子电池的综合性能难以提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电解液及锂离子电池，用于解决现有技术中锂离子电池难以在高温与低温下兼具优良的高电压循环容量保持率等电性能的技术问题。

2、为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种电解液，电解液包括有机溶剂、lipf6和添加剂，添加剂包括硼酸三亚甲基酯和三氟丙基硅烷类化合物，三氟丙基硅烷类化合物的结构式如下：

3、

4、其中，r1、r2、r3分别独立地选自c1-c10的取代或非取代的烷基、c1-c10的取代或非取代的烷氧基、c2-c10的取代或非取代的炔基、c6-c12的取代或非取代的烷基芳基、(r4)3sio-中的任意一种或多种，r4选自c1-c10的取代或非取代的烷基中的任意一种。

5、本发明优选的方案之一，r1、r2、r3分别独立地选自c1-c4的取代或非取代的烷基、c1-c4的取代或非取代的烷氧基、c2-c4的取代或非取代的炔基、取代或非取代的苯基、(r4)3sio-中的任意一种或多种，r4选自c1-c4的取代或非取代的烷基中的任意一种。

6、本发明优选的方案之一，r1、r2、r3分别独立地选自甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、乙炔基、苯基、(ch3)3sio-、(ch3ch2)3sio-中的任意一种或多种。

7、本发明优选的方案之一，三氟丙基硅烷类化合物为如下结构式中的一种或多种：

8、

9、本发明优选的方案之一，硼酸三亚甲基酯的质量为电解液总质量的0.1wt％-5wt％，和/或三氟丙基硅烷类化合物的质量为电解液总质量的0.1wt％-5wt％，和/或硼酸三亚甲基酯和三氟丙基硅烷类化合物的质量比为1:4-2:1。

10、本发明优选的方案之一，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯、碳酸甲丙酯、γ-丁内酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、1,3-二氧甲烷和二甘醇二甲醚中的任意一种或多种。

11、本发明优选的方案之一，电解液还包括锂盐添加剂，锂盐添加剂的浓度为0.1wt％-5wt％，锂盐添加剂为六氟砷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双草酸硼酸酯锂中的任意一种或多种。

12、本发明优选的方案之一，lipf6的浓度为0.5mol/l-1.5mol/l。

13、本发明优选的方案之一，电解液还包括功能添加剂，功能添加剂为电解液总质量的0.1wt％-5wt％，功能添加剂选自循环添加剂、低温添加剂、高温添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂中的任意一种或多种，功能添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、1,3-丙烷磺内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,3,6-己烷三腈、三(五氟苯基)硼烷、二氟磷酸锂、3-己基噻吩、六氟环三磷腈、三(六氟异丙基)磷酸酯中的任意一种或多种。

14、本发明优选的方案之一，电解液包括碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、lipf6、碳酸亚乙烯酯、硼酸三亚甲基酯和其中，硼酸三亚甲基酯为电解液的1.5wt％，为电解液的1.0wt％；或硼酸三亚甲基酯为电解液的1.0wt％，为电解液的1.5wt％；或硼酸三亚甲基酯为电解液的0.6wt％，为电解液的2.0wt％；或三氟丙基硅烷类化合物为且硼酸三亚甲基酯为电解液的1.5wt％，为电解液的1.0wt％。

15、基于本发明公开了的一种电解液，本发明还公开了一种锂离子电池，包括正极片、负极片以及电解液，电解液为上述的电解液。

16、本发明优选的方案之一，正极片包括正极活性物质，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂和富锂锰酸锂中的任意一种或多种，负极片包括负极活性物质，负极活性物质为天然石墨、人造石墨、硅和钛酸锂中的任意一种或多种。

17、综上所述，本发明的有益效果为：本发明电解液中的硼酸三亚甲基酯具有对称的硼酸结构，一端的硼酸酯作为成膜添加剂，同时调节sei膜(固体电解质界面膜)和cei膜(正极-电解质界面膜)，另一端的硼酸酯参与溶剂化结构，与锂离子配位，将部分溶剂分子被驱逐出溶剂化鞘，从而调节sei和cei成分，降低电解质膜的有机物含量，提高离子导电能力；三氟丙基硅烷类化合物与硼酸三亚甲基酯具有相近的homo(最高占据分子轨道)和lumo(最低未占据分子轨道)能级，在相近的电位发生氧化还原反应，能够参与到硼酸三亚甲基酯的成sei与cei膜的过程中，通过协同作用得到的sei膜和cei膜更薄、更均匀、更致密，从而可以进一步地降低锂离子电池的低温直流内阻，提升锂离子电池的高温存储和高电压循环性能。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于：所述电解液包括有机溶剂、lipf6和添加剂，所述添加剂包括硼酸三亚甲基酯和三氟丙基硅烷类化合物，所述三氟丙基硅烷类化合物的结构式如下：

2.如权利要求1所述的一种电解液，其特征在于：所述r1、所述r2、所述r3分别独立地选自c1-c4的取代或非取代的烷基、c1-c4的取代或非取代的烷氧基、c2-c4的取代或非取代的炔基、取代或非取代的苯基、(r4)3sio-中的任意一种或多种，所述r4选自c1-c4的取代或非取代的烷基中的任意一种。

3.如权利要求2所述的一种电解液，其特征在于：所述r1、所述r2、所述r3分别独立地选自甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、乙炔基、苯基、(ch3)3sio-、(ch3ch2)3sio-中的任意一种或多种。

4.如权利要求3所述的一种电解液，其特征在于：所述三氟丙基硅烷类化合物为如下结构式中的一种或多种：

5.如权利要求1-4任一项所述的一种电解液，其特征在于：所述硼酸三亚甲基酯的质量为所述电解液总质量的0.1wt％-5wt％，和/或所述三氟丙基硅烷类化合物的质量为所述电解液总质量的0.1wt％-5wt％，和/或所述硼酸三亚甲基酯和三氟丙基硅烷类化合物的质量比为1:4-2:1。

6.如权利要求1-4任一项所述的一种电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯、碳酸甲丙酯、γ-丁内酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、1,3-二氧甲烷和二甘醇二甲醚中的任意一种或多种。

7.如权利要求1-4任一项所述的一种电解液，其特征在于：所述电解液还包括锂盐添加剂，所述锂盐添加剂的浓度为0.1wt％-5wt％，所述锂盐添加剂为六氟砷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双草酸硼酸酯锂中的任意一种或多种。

8.如权利要求1-4任一项所述的一种电解液，其特征在于：所述lipf6的浓度为0.5mol/l-1.5mol/l。

9.如权利要求1-4任一项所述的一种电解液，其特征在于：所述电解液还包括功能添加剂，所述功能添加剂为所述电解液总质量的0.1wt％-5wt％，所述功能添加剂选自循环添加剂、低温添加剂、高温添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂中的任意一种或多种，所述功能添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、1,3-丙烷磺内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、1,3,6-己烷三腈、三(五氟苯基)硼烷、二氟磷酸锂、3-己基噻吩、六氟环三磷腈、三(六氟异丙基)磷酸酯中的任意一种或多种。

10.如权利要求9任一项所述的一种电解液，其特征在于：所述电解液包括碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、lipf6、碳酸亚乙烯酯、硼酸三亚甲基酯和其中，所述硼酸三亚甲基酯为所述电解液的1.5wt％，所述为所述电解液的1.0wt％；或所述硼酸三亚甲基酯为所述电解液的1.0wt％，所述为所述电解液的1.5wt％；或所述硼酸三亚甲基酯为所述电解液的0.6wt％，所述为所述电解液的2.0wt％；或所述三氟丙基硅烷类化合物为且所述硼酸三亚甲基酯为所述电解液的1.5wt％，所述为所述电解液的1.0wt％。

11.一种锂离子电池，包括正极片、负极片以及电解液，其特征在于：所述电解液为权利要求1-10任一项所述的电解液。

12.如权利要求11所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极片包括正极活性物质，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂和富锂锰酸锂中的任意一种或多种，所述负极片包括负极活性物质，所述负极活性物质为天然石墨、人造石墨、硅和钛酸锂中的任意一种或多种。

技术总结本发明公开了一种电解液，电解液包括有机溶剂、LiPF6和添加剂，添加剂包括硼酸三亚甲基酯和三氟丙基硅烷类化合物，三氟丙基硅烷类化合物的结构式如下：其中，R1、R2、R3分别独立地选自C1‑C10的取代或非取代的烷基、C1‑C10的取代或非取代的烷氧基、C2‑C10的取代或非取代的炔基、C6‑C12的取代或非取代的烷基芳基、(R4)3SiO‑中的任意一种或多种，R4选自C1‑C10的取代或非取代的烷基中的任意一种。本发明还公开了一种锂离子电池。本发明的电解液可以降低锂离子电池的低温直流内阻，提升锂离子电池的高温搁置性能和高电压循环性能。技术研发人员：刘欣,梁大宇,黄波受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29