非水电解液及二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种非水电解液及二次电池。所述非水电解液包括电解质盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述添加剂包括二氟双草酸磷酸锂、环状硫酸酯以及氟代碳酸乙烯酯。本发明专利技术的非水电解液能够显著提高二次电池的常温循环性能、高温循环性能、高温存储寿命，并改善二次电池的高温存储胀气。

【技术实现步骤摘要】
非水电解液及二次电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种非水电解液及二次电池。
技术介绍
锂离子电池以其高电压、高比能量、循环寿命长等优点在化学电源领域占有重要地位，目前，锂离子电池主要作为便携式电源在电子产品领域应用广泛。随着新能源汽车、风能太阳能储能、智能电网能量储存与转换等领域巨大的应用市场逐步明朗化，动力锂离子电池受到了空前的关注，对锂离子电池的要求也越来越高。目前商业化的锂离子电池的负极材料主要为碳材料，应用最为广泛的是石墨，其理论比容量为372mAh/g，但已渐渐不能满足锂离子电池更高能量密度的要求。由于锡和硅拥有较高的理论比容量(分别可达994mAh/g，4200mAh/g)，同时含量也极为丰富，因此锡基材料和硅基材料已成为替代石墨类碳材料最理想的候选材料。然而，由于锡基材料和硅基材料在嵌、脱锂过程中存在严重的体积效应，循环过程中材料结构不断坍塌，与电解液之间的负极界面不断被破坏，导致其具有低的首次库伦效率和差的循环性能，限制了其实际应用。锂离子电池在首次循环过程中，电解液在负极表面还原分解形成SEI膜，SEI膜可对负极材料产生保护作用，防止负极材料的进一步坍塌，抑制电解液的进一步分解。但是，实际应用中现有的电解液体系无法在锡基材料和硅基材料表面形成致密的SEI膜，导致电解液不断分解，SEI膜不断增厚，尤其是SEI膜中无机盐成分不断增加，对锂离子传输起到阻碍作用，导致电池电阻增大、循环寿命下降。针对这些问题，研究者们采用一系列方法对电极表面膜进行改性，目前，对电极表面膜的改性主要是通过对负极材料的改性和对电解液的改性实现的。其中，对负极材料的改性包覆、机械研磨、表面成膜等方法工艺复杂，重复性低，成本较高。对电解液的改性包括采用合适的添加剂改善电解液的组分，操作简单且作用明显，是目前广泛使用的改善方法。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种非水电解液及二次电池，其能够显著提高二次电池的常温循环性能、高温循环性能、高温存储寿命，并改善二次电池的高温存储胀气。为了达到上述目的，在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种非水电解液，其包括电解质盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述添加剂包括二氟双草酸磷酸锂、环状硫酸酯以及氟代碳酸乙烯酯。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种二次电池，其包括根据本专利技术第一方面所述的非水电解液。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术的非水电解液能够显著提高二次电池的常温循环性能、高温循环性能、高温存储寿命，并改善二次电池的高温存储胀气。具体实施方式下面详细说明本专利技术的非水电解液及二次电池。首先说明根据本专利技术第一方面的非水电解液，其包括电解质盐、非水有机溶剂以及添加剂。所述添加剂包括二氟双草酸磷酸锂、环状硫酸酯以及氟代碳酸乙烯酯。在本专利技术第一方面所述的非水电解液中，氟代碳酸乙烯酯可以快速在使用硅基材料或锡基材料的负极表面还原生成一层致密的柔性保护膜，有效抑制由于硅基材料或锡基材料的体积效应对SEI膜的破坏作用，提高二次电池的常温循环性能。但是，氟代碳酸乙烯酯的热稳定性差，在高温下容易发生热分解生成HF，腐蚀负极材料和集流体，同时氟代碳酸乙烯酯热分解产物容易在正极表面氧化生成CO2，恶化高温循环性能和高温存储寿命。环状硫酸酯和二氟双草酸磷酸锂搭配使用可在正极表面生成一层致密且坚固的复合膜，该复合膜同时兼具二者的优点，不仅有利于锂离子的迁移而且不易破裂，可有效抑制氟代碳酸乙烯酯热分解产物在正极表面的副作用。因此三者协同作用可有效改善二次电池的常温循环性能和高温循环性能，同时改善高温存储寿命和高温存储胀气。在本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述环状硫酸酯可选自式1所示化合物中的一种或几种，所述环状硫酸酯具有五元环至八元环结构。在式1中，R选自碳原子数为2～5的直链烷烃基或碳原子数为2～5的直链烯烃基，或R选自碳原子数为2～5的直链烷烃基或碳原子数为2～5的直链烯烃基且直链烷烃基或直链烯烃基上的一个或多个H原子被卤素原子、羧基、磺酸基、碳原子数为1～20的烷烃基或卤代烷烃基、碳原子数为2～20的不饱和烃基或卤代不饱和烃基中的一种或几种取代。优选地，所述环状硫酸酯具有五元环结构或六元环结构。优选地，在式1中，R选自碳原子数为2～3的直链烷烃基或碳原子数为2～3的直链烯烃基，或R选自碳原子数为2～3的直链烷烃基或碳原子数为2～3的直链烯烃基且直链烷烃基或直链烯烃基上的一个或多个H原子被卤素原子、羧基、磺酸基、碳原子数为1～5的烷烃基或卤代烷烃基、碳原子数为2～5的烯烃基或卤代烯烃基中的一种或几种取代。具体地，所述环状硫酸酯可选自下述化合物中的一种或几种，但是本申请不限于此。在本专利技术第一方面所述的非水电解液中，若环状硫酸酯的含量过低，将非水电解液应用到二次电池中后，二次电池的高温循环性能基本得不到改善。当环状硫酸酯的含量过高时，则会导致非水电解液在负极表面形成较厚的SEI膜，导致阻抗增大，二次电池的动力学性能变差。优选地，所述环状硫酸酯的含量为所述非水电解液的总质量的0.01％～3％。进一步优选地，所述环状硫酸酯的含量为所述非水电解液的总质量的0.15％～2.5％。更进一步优选地，所述环状硫酸酯的含量为所述非水电解液的总质量的0.3％～1.5％。在本专利技术第一方面所述的非水电解液中，若二氟双草酸磷酸锂的含量过低，将非水电解液应用到二次电池中后，二次电池的高温存储寿命和高温存储胀气无明显改善。若二氟双草酸磷酸锂的含量过高，其在正极界面反应生成的CEI膜过厚，阻抗增大，二次电池的动力学性能变差。优选地，所述二氟双草酸磷酸锂的含量为所述非水电解液的总质量的0.05％～8％。进一步优选地，所述二氟双草酸磷酸锂的含量为所述非水电解液的总质量的0.15％～6％。更进一步优选地，所述二氟双草酸磷酸锂的含量为所述非水电解液的总质量的0.2％～2.5％。在本专利技术第一方面所述的非水电解液中，若氟代碳酸乙烯酯的含量过低，将非水电解液应用到二次电池中后，二次电池的常温循环性能基本得不到改善。当氟代碳酸乙烯酯的含量过高时，则会导致非水电解液在高温下热分解生成较多的HF，恶化高温循环性能和高温存储寿命，同时恶化高温存储胀气。优选地，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为所述非水电解液的总质量的1％～30％。进一步优选地，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为所述非水电解液的总质量的2％～25％。更进一步优选地，所述环状硫酸酯的含量为所述非水电解液的总质量的5％～15％。在本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述电解质盐的具体种类并没有特别的限制，可根据实际需求进行选择。例如，所述电解质盐可选自锂盐、钠盐、锌盐等。优选地，所述锂盐盐可选自六氟磷酸锂(LiPF6)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)2，简写为LiTFSI)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双草酸硼酸锂(LiB(C2O4)2，简写为LiBOB)和三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)中的一种或几种。在本专利技术第一方面所述的非水电解液中，所述电解质盐的含量并没有特别的限制，可根据实际需求进行添加。优选地，所述电解质盐在非水电解液中的摩尔浓度为0.5mol/L～2mol/L。进一步优选地，所述电解质盐在非水电解液中的摩尔浓度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解液，包括电解质盐、非水有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂包括二氟双草酸磷酸锂、环状硫酸酯以及氟代碳酸乙烯酯。

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包括电解质盐、非水有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂包括二氟双草酸磷酸锂、环状硫酸酯以及氟代碳酸乙烯酯。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述环状硫酸酯选自式1所示化合物中的一种或几种，所述环状硫酸酯具有五元环至八元环结构；在式1中，R选自碳原子数为2～5的直链烷烃基或碳原子数为2～5的直链烯烃基，或R选自碳原子数为2～5的直链烷烃基或碳原子数为2～5的直链烯烃基且直链烷烃基或直链烯烃基上的一个或多个H原子被卤素原子、羧基、磺酸基、碳原子数为1～20的烷烃基或卤代烷烃基、碳原子数为2～20的不饱和烃基或卤代不饱和烃基中的一种或几种取代。3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述环状硫酸酯具有五元环结构或六元环结构。4.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，在式1中，R选自碳原子数为2～3的直链烷烃基或碳原子数为2～3的直链烯烃基，或R选自碳原子数为2～3的直链烷烃基或碳原子数为2～3的直链烯烃基且直链烷烃基或直链烯烃基上的一个或多个H原子被卤素原子、羧基、磺酸基、碳原子数为1～5的烷烃基或卤代烷烃基、碳原子数为2～5的烯烃基或卤代...

【专利技术属性】
技术研发人员：周艳，王小梅，付成华，刘继琼，朱建伟，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35