一种非水电解液及应用该电解液的锂离子电池制造技术

本申请公开了一种非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括环状硫酸酯化合物和含有两个腈基的双醚化合物。该电解液可长期用于高电压条件，用于锂离子电池中，能够在工作高电压下长期正常工作，并保证电池优良的高温存储性能、循环性能以及倍率性能。

【技术实现步骤摘要】

本申请属于电池领域，尤其涉及一种非水电解液及使用该电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、无污染等独特的优势，现已作为电源广泛应用于相机、手机等电子产品。近年来，随着智能电子产品的快速发展，对锂离子电池的续航能力提出了更高的要求。为了提高锂离子电池的能量密度，开发高电压锂离子电池是有效方法之一。目前，工作电压在4.35V以上的锂离子电池已成为众多科研单位和企业研究的热点。然而在高电压下，正极材料的氧化活性升高、稳定性下降，导致非水电解液容易在正极表面发生电化学氧化反应，进而分解产生气体。同时，正极活性材料中的过渡金属元素(如镍、钴、锰等)会发生还原反应而溶出，从而引起锂离子电池电化学性能进一步恶化。因此，克服非水电解液在正极表面的氧化分解是开发高电压锂离子电池中的重点问题。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种非水电解液，该电解液可长期用于高电压条件，用于锂离子电池中，能够在工作高电压下长期正常工作，并保证电池优良的高温存储性能、循环性能以及倍率性能。所述非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂含有：环状硫酸酯化合物；和含有两个腈基的双醚化合物。优选地，所述环状硫酸酯化合物选自具有式I所示化学结构式的化合物、具有式II所示化学结构式的化合物、具有式III所示化学结构式的化r>合物、具有IV所示化学结构式的化合物中的至少一种：其中，R1是氢或R1选自碳原子数为1～10的烷基；R2是氢或R2选自碳原子数为1～10的烷基；其中，R3是氢或R3选自碳原子数为1～10的烷基；R4是氢或R4选自碳原子数为1～10的烷基；R5是氢或R5选自碳原子数为1～10的烷基；其中，R6是氢或R6选自碳原子数为1～10的烷基；R7是氢或R7选自碳原子数为1～10的烷基；R8是氢或R8选自碳原子数为1～10的烷基；R9是氢或R9选自碳原子数为1～10的烷基；其中，R10是氢或R10选自碳原子数为1～10的烷基；R11是氢或R11选自碳原子数为1～10的烷基；R12是氢或R12选自碳原子数为1～10的烷基；R13是氢或R13选自碳原子数为1～10的烷基；R14是氢或R14选自碳原子数为1～10的烷基。优选地，所述环状硫酸酯化合物选自具有式I所示化学结构式的化合物中的至少一种。进一步优选地，所述环状硫酸酯化合物选自具有式I所示化学结构式的化合物中的至少一种；式I中R1是氢或甲基；R2是氢或甲基。所述烷基为烷烃分子上失去任意一个氢原子所形成的基团。所述烷烃选自直链烷烃、支链烷烃、环烷烃中的任意一种。优选地，所述含有两个腈基的双醚化合物选自具有式V所示化学结构式的化合物中的至少一种：其中，A1选自碳原子数为1～10的亚烃基；A2选自碳原子数为1～10的亚烃基；A3选自碳原子数为1～10的亚烃基。优选地，A1选自碳原子数为1～5的亚烷基；A2选自碳原子数为1～5的亚烷基。优选地，A3选自碳原子数为1～5的亚烷基或碳原子数为5～10的亚芳基。所述亚烃基为任意烃类化合物分子上失去任意两个氢原子所形成的基团。所述烃类化合物包含烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等。所述亚烷基为任意烷烃分子上失去任意两个氢原子所形成的基团。所述烷烃选自直链烷烃、支链烷烃、环烷烃中的任意一种。所述亚芳基为任意芳香烃分子的芳香环上失去任意两个氢原子所形成的基团。优选地，所述环状硫酸酯化合物为硫酸乙烯酯。即所述环状硫酸酯化合物具有式I所示的化学结构式，且式I中R1和R2均为氢。优选地，所述含有两个腈基的双醚化合物选自乙二醇双(丙腈)醚和/或对苯二酚双(丙腈)醚。所述乙二醇双(丙腈)醚的化学结构式为：即所述式V中A1、A2、A3均为亚乙基。所述对苯二酚双(丙腈)醚的化学结构式为：即所述式V中A1、A2均为亚乙基；A3为对亚苯基。优选地，所述环状硫酸酯化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.1％～3％。当环状硫酸酯化合物在非水电解液中的质量百分含量低于0.1％时，其在阴极材料表面生成低阻抗钝化膜的反应不够充分，改善作用不明显；当环状硫酸酯化合物在非水电解液中的质量百分含量高于3％时，其在正极表面成膜加厚，阻抗增加，反而不利于锂离子电池的循环性能。进一步优选地，所述环状硫酸酯化合物在非水电解液中的质量百分含量范围上限选自3％、2.5％、2％、1.5％，下限选自0.1％、0.2％、0.5％、1％。更进一步优选地，所述环状硫酸酯化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.5％～2％。优选地，所述含有两个腈基的双醚化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.1％～5％。当含有两个腈基的双醚化合物在非水电解液中的质量百分含量低于0.1％时，其与正极活性材料中过渡金属元素形成的络合结构不够致密，无法有效抑制非水电解液与正极活性材料之间的氧化还原反应，从而无法改善锂离子电池的高温存储性能和循环性能；当含有两个腈基的双醚化合物在非水电解液中的质量百分含量高于5％时，其与正极活性材料中的过渡金属元素形成的络合层过厚，引起阴极阻抗显著增加，会导致锂离子电池的循环性能变差。进一步优选地，所述含有两个腈基的双醚化合物在非水电解液中的质量百分含量范围上限选自5％、4％、3％、2％，下限选自0.1％、0.2％、0.5％、1％。更进一步优选地，所述含有两个腈基的双醚化合物在非水电解液中的质量百分含量为0.5％～2％。作为一个优选地实施方式，所述添加剂由环状硫酸酯化合物和含有两个腈基的双醚化合物组成。作为一个优选地实施方式，所述电解液由非水有机溶剂、锂盐和添加剂组成。所述非水有机溶剂碳酸乙烯酯(简写为EC)、碳酸丙烯酯(简写为PC)、碳酸二甲酯(简写为DMC)、碳酸二乙酯(简写为DEC)、碳酸甲乙酯(简写为EMC)、γ-丁内酯(简写为BL)、甲酸甲酯(简写为MF)、甲酸乙酯(简写为MA)、丙酸乙酯(简写为EP)、丙酸丙酯(简写为PP)以及四氢呋喃(简写为THF)中的至少一种。所述非水有机溶剂在非水电解液中的质量百分含量为75％～95％。进一步优选地，所述非水有机溶剂在非水电解液中的质量百分含量为80％～90％。所述锂盐任选自有机锂盐或无机锂盐中的至少一种。优选地，所述锂盐中含有氟元素、硼元素、磷元素中的至少一种。优选地，所述锂盐选自六本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂包含：环状硫酸酯化合物；和含有两个腈基的双醚化合物。

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在
于，所述添加剂包含：
环状硫酸酯化合物；和
含有两个腈基的双醚化合物。
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
酯化合物选自具有式I所示化学结构式的化合物、具有式II所示化学结构
式的化合物、具有式III所示化学结构式的化合物、具有IV所示化学结构
式的化合物中的至少一种：
其中，R1是氢或R1选自碳原子数为1～10的烷基；R2是氢或R2选自
碳原子数为1～10的烷基；
其中，R3是氢或R3选自碳原子数为1～10的烷基；R4是氢或R4选自
碳原子数为1～10的烷基；R5是氢或R5选自碳原子数为1～10的烷基；
其中，R6是氢或R6选自碳原子数为1～10的烷基；R7是氢或R7选自
碳原子数为1～10的烷基；R8是氢或R8选自碳原子数为1～10的烷基；R9是氢或R9选自碳原子数为1～10的烷基；
其中，R10是氢或R10选自碳原子数为1～10的烷基；R11是氢或R11选
自碳原子数为1～10的烷基；R12是氢或R12选自碳原子数为1～10的烷基；
R13是氢或R13选自碳原子数为1～10的烷基；R14是氢或R14选自碳原子数
为1～10的烷基。

【专利技术属性】
技术研发人员：唐超，李素丽，付成华，王可飞，张明，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44