一种功能性添加剂、电解液及锂电池的制作方法

1.本技术涉及新能源技术领域，特别是涉及一种功能性添加剂、电解液及锂电池。


背景技术：

2.锂离子电池由于具有比容量高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、环境友好等优点，广泛应用于笔记本电脑、数码相机等电子产品。其中，钴酸锂材料因其具有较高的能量密度、良好的循环稳定性和热稳定性等优点，应用广泛。但现在钴资源日益紧缺，以钴酸锂为正极的锂离子电池的成本也越来越高。
3.镍锰酸锂材料具有较高的比容量，成本低等优点，将成本高的钴酸锂材料和成本低的镍锰酸锂材料掺混作为正极活性材料，能大大降低电池成本。但镍锰酸锂材料因镍含量高带来的材料结构不稳定、易吸水、易与电解液发生副反应的问题，会导致电池电性能，尤其是循环和高温存储性能较差。
4.电解液作为锂离子电池的关键材料之一，其对电池的循环、高低温性能等有着显著的影响。因此，如何调整电解液的成分及配比，可以维持电池性能、减少正极活性物质溶出，从而解决使用钴酸锂材料和镍锰酸锂材料掺混作为正极活性材料存在的问题，是本领域技术人员需要努力的方向。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种功能性添加剂；本发明的第二个目的为提供一种电解液；本发明的第三个目的为提供一种锂电池。本技术提供的功能性添加剂、电解液和锂电池，通过添加剂a和添加剂b的协同使用，明显改善锂离子电池、尤其是采用钴酸锂材料与镍锰酸锂材料混合，以及镍锰酸锂材料单独作为正极活性材料的低成本锂离子电池的循环、高温性能，并能提高电池的安全性。
6.本发明提供的技术方案如下：
7.一种功能性添加剂，包括添加剂a和添加剂b；
8.其中，添加剂a为2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氮环戊烷；
9.添加剂b为有机硼酸酯锂盐、磺酸亚胺类锂盐、碳酸酯、磺酸内酯或腈类中的任意一种或多种。
10.优选地，所述有机硼酸酯锂盐具体为二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂中的任意一种；
11.所述磺酸亚胺类锂盐具体为双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的任意一种；
12.所述碳酸酯具体为氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙酯中的任意一种；
13.所述磺酸内酯具体为1,3-丙烷磺酸内酯、丙烯磺酸内酯中的任意一种；
14.所述腈类具体为丁二腈、己二腈中的任意一种。
15.一种电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂；其中，添加剂具体为上述的功能性
添加剂。
16.优选地，所述锂盐具体为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂中的任意一种或多种。
17.优选地，所述非水有机溶剂具体为环状碳酸酯、链状碳酸酯、羧酸酯中的任意一种或多种。
18.优选地，所述非水有机溶剂具体为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯的混合物。
19.优选地，所述锂盐的质量占电解液的总质量的12.5％～18.75％；
20.所述非水溶剂的质量占电解液的总质量的60％～80％；
21.所述功能性添加剂的质量占电解液的总质量的1.25％～27.5％，其中，添加剂a的质量占电解液的总质量的0.1％～5％，添加剂b的质量占电解液的总质量的1.15％～22.5％。
22.一种锂电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述任一项所述的电解液。
23.优选地，所述正极包括正极活性材料和粘结剂，所述正极活性材料为钴酸锂材料，或为钴酸锂材料与镍锰酸锂材料的混合材料，或为镍锰酸锂材料。
24.优选地，当正极活性材料为钴酸锂材料与镍锰酸锂材料的混合材料时，钴酸锂材料与镍锰酸锂材料的质量比为2-5:5-8。
25.本技术首先提供一种功能性添加剂，包括添加剂a和添加剂b，其中，添加剂a为2,2,5,5-四甲基-2,5-二硅基-1-杂氮环戊烷，具体结构如下：
[0026][0027]
而添加剂b为有机硼酸酯锂盐、磺酸亚胺类锂盐、碳酸酯、磺酸内酯及腈类中的任意一种或多种。
[0028]
本技术采用添加剂a和添加剂b组合作为功能性添加剂，利用添加剂a有效除去电池中少量的水分，提高材料稳定性，减少正极与电解液的副反应，减缓电解液的消耗，提高循环，同时阻止水与无机锂盐生成hf，抑制hf对界面膜的破坏及正、负极材料的溶解，达到保护正、负极的效果；同时添加剂b在正/负极形成稳定的cei/sei，在长期循环和高温存储时能够抑制正极材料活性物质过渡金属的溶解，提高正极材料的稳定性，且能明显降低高温存储中气体的生成，有效提高电池的安全性。本技术提供的功能性添加剂，通过添加剂a和添加剂b的协同使用，可进一步促进添加剂a除去电池内部的水分，明显改善锂离子电池、尤其是采用钴酸锂材料与镍锰酸锂材料混合，以及镍锰酸锂材料单独作为正极活性材料的低成本锂离子电池的循环、高温性能，并能提高电池的安全性。
[0029]
本技术还提供一种电解液，包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂，其中添加剂具体为上述的功能性添加剂。本技术提供的电解液，采用上述的添加剂a和添加剂b作为功能性添加剂，然后配合锂盐、非水有机溶剂，制备的电解液具有优异的高温和循环性能。
[0030]
本发明还提供了一种锂电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，电解液使用以上的
电解液。本技术提供的锂电池，通过在电解液中添加功能性添加剂，可以满足钴酸锂材料与镍锰酸锂材料的混合材料作为正极活性材料的锂电池的性能要求，还能满足镍锰酸锂材料作为正极活性材料的锂电池的性能要求，使得采用钴酸锂材料与镍锰酸锂材料混合，以及镍锰酸锂材料单独作为正极活性材料的低成本锂离子电池的循环、高温性能得到改善，并能提高电池的安全性。
[0031]
本技术所用的镍锰酸锂材料，可以是lini
0.8
mn
0.2
o2，也可以是lini
0.6
mn
0.4
o2，还可以是其他本领域常用的镍锰酸锂材料。
具体实施方式
[0032]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
[0033]
实施例1-9
[0034]
实施例1-9提供的锂电池，所用的负极材料为人造石墨，隔膜为聚丙烯膜，组装方法为本领域常用方法。
[0035]
其中，锂盐质量 非水有机溶剂质量 添加剂质量＝100％。
[0036][0037]
对比例1-7
[0038]
对比例1-7提供的锂电池，所用的负极材料和隔膜，以及组装方法均与实施例1-7相同。
[0039]
其中，锂盐质量 非水有机溶剂质量 添加剂质量＝100％。
[0040][0041]
对实施例1-9和对比例1-7进行性能测试，如下表所示：
[0042]
[0043][0044]
从表中可以看出，本实施例1-6相对于对比例1-7制备的以钴酸锂材料与镍锰酸锂材料的混合材料作为正极活性材料的锂离子电池具有更好的循环性能和高温性能，而且通过对比发现，当同时使用添加剂a和添加剂b时，循环性能和高温性能更优异，而且当添加剂a的质量占电解液的总质量的0.5％时，制备出的锂离子电池的性能更优异，25℃常温1c/1c循环容量保持率达80％的循环周数为748周，45℃高温1c/1c循环容量保持率达80％的循环周数为568周，60℃/7d高温存储容量保持率88.5％，容量恢复率94.3％，厚度膨胀率2.3％，相对于对比例1-7具有显著的提升。
[0045]
且从表中可以看出，本实施例7-9提高正极活性材料中镍锰酸锂所占的比例，相对于对比例1-7，循环性能和高温性能显著改善。
[0046]
综合上述，本发明的一种锂离子电池，具有优异的循环性能和高温性能，存储胀气及首次效率高，存储不胀气，安全性好。
[0047]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。