电解液及包括该电解液的电池制造技术

本申请涉及电池领域，尤其涉及一种电解液及含有该电解液的电池。本申请的电解液包括有机溶剂、电解质和添加剂，添加剂中含有磺酰含氮杂环化合物和双磺酰亚胺盐；其中，磺酰含氮杂环化合物中的含氮杂环为选自含吡唑环、吡咯啉环、咪唑环、吡咯烷环、哌啶环、吡啶环中的至少一种。本申请的电解液可以改善电池正负极界面膜的性质，有效降低正极材料中的过渡金属元素在正极的溶出和在负极的沉积，抑制电解液在正负极的分解，保证了电池在高电压下的高温存储性能和高温循环性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液及包括该电解液的电池
本申请涉及电池领域，尤其涉及一种电解液及包括该电解液的电池。
技术介绍
笔记本电脑、手机、掌上游戏机、平板电脑等电子移动设备能实现越来越多的功能，电动汽车、智能电网等方面的应用技术也日趋成熟。人们对作为其主要驱动能源的锂离子电池的续航能力要求也越来越高。锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、环境友好、无记忆效应等优点，广泛应用于数码产品、电动汽车、航天航空等领域。随着科技的发展和社会的进步，市场对锂离子电池的充电截止电压要求越来越高。但是，在4.3V的高电压下，常规电解液在正极界面易氧化，负极体积膨胀效应导致SEI膜不断破裂重组，这些作用都会导致电解液在正负极界面不断分解，电解液自身的分解同时会促使正负极活性材料的恶化，进一步影响锂离子电池的性能。
技术实现思路
鉴于此，本申请的首要专利技术目的在于提出一种电解液，当电解液应用到电池中后，可以改善正负极界面膜的性质，提高了电池在高电压下的循环性能和存储性能。本申请的第二专利技术目的在于提出一种采用该电解液的电池。为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：一种电解液，包括有机溶剂、电解质和添加剂，添加剂中含有磺酰含氮杂环化合物和双磺酰亚胺盐，具体的，磺酰含氮杂环化合物中的含氮杂环可选自含吡唑环、吡咯啉环、咪唑环、吡咯烷环、哌啶环、吡啶环中的至少一种。本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：当本申请电解液的磺酰含氮杂环化合物可在正极表面开环聚合形成钝化膜，但由于磺酰含氮杂环化合物还会在负极界面形成阻抗较大的SEI膜，对于锂离子电池来讲，会阻碍锂离子在负极的嵌入和脱出，造成活性锂和电池容量的损失。本申请的电解液将磺酰含氮杂环化合物和双磺酰亚胺盐合用，可优先磺酰含氮杂环化合物在负极表面形成稳定的高离子电导率的SEI膜，抑制磺酰含氮杂环化合物对负极界面阻抗的不利影响，减小电池的极化和提高放电容量，而且可显著改善电池的高温存储性能和高温循环性能。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。本申请涉及一种电解液，包括有机溶剂、电解质和添加剂，添加剂中含有磺酰含氮杂环化合物和双磺酰亚胺盐；磺酰含氮杂环化合物中的含氮杂环为选自含吡唑环、吡咯啉环、咪唑环、吡咯烷环、哌啶环、吡啶环中的至少一种。本申请电解液的磺酰含氮杂环化合物中含孤对电子的N原子与S原子直接相连，由于砜基的吸电子作用使N原子的电子云密度降低。在电池高温化成的过程中，磺酰含氮杂环化合物会在正极表面开环聚合形成钝化膜。但由于磺酰含氮杂环化合物还会在负极界面形成阻抗较大的SEI膜，对于锂离子电池来讲，会阻碍锂离子在负极的嵌入和脱出，造成活性锂和电池容量的损失。本申请经过锐意研究，将磺酰含氮杂环化合物和双磺酰亚胺盐合用，双磺酰亚胺盐可优先磺酰含氮杂环化合物在负极表面形成稳定的高离子电导率的SEI膜，抑制磺酰含氮杂环化合物对负极界面阻抗的不利影响，从而显著改善电池的高温存储性能和高温循环性能。作为本申请电解液的一种改进，磺酰含氮杂环化合物选自如式I至式V所示化合物中的至少一种：其中，R11、R12、R13、R21、R22、R23、R24、R31、R32、R33、R41、R42、R43、R44、R51、R52、R53、R54、R55各自独立地选自氢原子、卤原子、氨基、磺酸基、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C6-C26芳基、取代或未取代的C1-C20磺酰烷基、取代或未取代的C2-C20磺酰烯基、取代或未取代的C6-C26磺酰芳基；R14、R25、R34、R45、R56各自独立的选自氢原子、卤原子、氨基、磺酸基、吡咯啉基、吡唑基、吡咯烷基、咪唑基、吡啶基、哌啶基、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C6-C26芳基、取代或未取代的C1-C20磺酰烷基、取代或未取代的C2-C20磺酰烯基、取代或未取代的C6-C26磺酰芳基；取代基选自卤原子、氨基或C1-C4烷基。作为本申请电解液的一种改进，磺酰含氮杂环化合物选自如式IA至式VA所示化合物中的至少一种；其中，R61、R62、R63、R64、R65、R66、R71、R72、R73、R74、R75、R76、R77、R78、R81、R82、R83、R84、R85、R86、R91、R92、R93、R94、R95、R96、R97、R98、R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、R108、R109、R110各自独立地选自氢原子、卤原子、氨基、磺酸基、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C6-C26芳基、取代或未取代的C1-C20磺酰烷基、取代或未取代的C2-C20磺酰烯基、取代或未取代的C6-C26磺酰芳基；取代基选自卤原子、氨基或C1-C4烷基。作为本申请电解液的一种改进，磺酰含氮杂环化合物选自化合物1至化合物5中的至少一种：除上述化合物外，本申请的磺酰含氮杂环化合物还可选自以下化合物中的至少一种，并不限于此：作为本申请电解液的一种改进，双磺酰亚胺盐选自如式VI所示化合物中的至少一种，其中，R111、R112独立地选自卤素、取代或未取代的C1-C6烷基；取代基选自卤素。进一步可选的，R111、R112各自独立的选自氟、C1-C6氟代烷基；其中，氟代烷基包括部分取代的氟代烷基和全取代的氟代烷基。作为本申请电解液的一种改进，双磺酰亚胺盐选自双氟磺酰亚胺锂LiFSI(LiN(SO2F)2)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI(LiN(SO2CF3)2)中的至少一种，具体结构式如下所示：除上述化合物外，双磺酰亚胺盐还可选自以下化合物，并不限于此：作为本申请电解液的一种改进，添加剂中还含有环状硫酸酯。环状硫酸酯可优先磺酰含氮杂环化合物在负极表面形成稳定的高离子电导率SEI膜，从而进一步抑制双磺酰含氮杂环化合物对负极界面阻抗的不利影响。作为本申请电解液的一种改进，环状硫酸酯具有如式VII所示的结构，其中，R122选自取代或未取代的C2～C6亚烷基、取代或未取代的C2～C6亚烯基；取代基选自卤素、C1～C3烷基、C2～C4烯基。作为本申请电解液的一种改进，环状硫酸酯选自硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯和4-甲基硫酸乙烯酯中的至少一种，具体结构式如下所示：除上述化合物外，环状硫酸酯化合物还可以选自：作为本申请电解液的一种改进，添加剂还包括环状磺酸内酯、含双键的环状碳酸酯、含氟碳酸酯、含硼锂盐、含磷锂盐中的至少一种。其中，环状磺酸内酯、含双键的环状碳酸酯、含氟碳酸酯、含硼锂盐、含磷锂盐可合适地列举出以下(a)～(e)的化合物：(a)环状磺酸内酯环状磺酸内酯化合物选自如式N-1所示化合物中的至少一种；其中，R101选自取代或未取代的C1～C6亚烷基、取代或未取代的C2～C6亚烯基；取代基选自卤素、C1～C3烷基、C2～C4烯基。具体的，环状磺酸内酯化合物选自1,3-丙烷磺酸内酯(简称为PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(简称为PES)中的至少一种，具体结构式如下；环状磺酸内酯化合物还可以选自：(b)含双键的环状碳酸酯含双键的环状碳酸酯化合物选自如式N-2所示化合物中的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液，包括有机溶剂、电解质和添加剂，其特征在于，所述添加剂中含有磺酰含氮杂环化合物和双磺酰亚胺盐；其中，所述磺酰含氮杂环化合物中的含氮杂环为选自含吡唑环、吡咯啉环、咪唑环、吡咯烷环、哌啶环、吡啶环中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，包括有机溶剂、电解质和添加剂，其特征在于，所述添加剂中含有磺酰含氮杂环化合物和双磺酰亚胺盐；其中，所述磺酰含氮杂环化合物中的含氮杂环为选自含吡唑环、吡咯啉环、咪唑环、吡咯烷环、哌啶环、吡啶环中的至少一种。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述磺酰含氮杂环化合物选自如式I至式V所示化合物中的至少一种：其中，R11、R12、R13、R21、R22、R23、R24、R31、R32、R33、R41、R42、R43、R44、R51、R52、R53、R54、R55各自独立地选自氢原子、卤原子、氨基、磺酸基、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C6-C26芳基、取代或未取代的C1-C20磺酰烷基、取代或未取代的C2-C20磺酰烯基、取代或未取代的C6-C26磺酰芳基；R14、R25、R34、R45、R56各自独立的选自氢原子、卤原子、氨基、磺酸基、吡咯啉基、吡唑基、吡咯烷基、咪唑基、吡啶基、哌啶基、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C6-C26芳基、取代或未取代的C1-C20磺酰烷基、取代或未取代的C2-C20磺酰烯基、取代或未取代的C6-C26磺酰芳基；取代基选自卤原子、氨基或C1-C4烷基。3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述磺酰含氮杂环化合物选自如式IA至式VA所示化合物中的至少一种：其中，R61、R62、R63、R64、R65、R66、R71、R72、R73、R74、R75、R76、R77、R78、R81、R82、R83、R84、R85、R86、R91、R92、R93、R94、R95、R96、R97、R98、R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、R108、R109、R110各自独立地选自氢原子、卤原子、氨基、磺酸基、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C6-C26芳基、取代或未取代的C1-C20磺酰烷基、取代或未取代的C2-C20磺酰烯基、取代或未取代的C6-C26的磺酰芳基；取代基选自卤原子、氨基或C1-C4烷基。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述磺酰含氮杂环化合物选自以下化合物中的至少一种：5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，韩昌隆，张明，张翠平，
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