非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池。所述非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂含有至少一种膦酸环酐类化合物和至少一种环状硫酸酯类化合物；膦酸环酐类化合物在非水电解液中的质量分数为0.05％～3％，环状硫酸酯类化合物在非水电解液中的质量分数为0.01％～3％。与现有技术相比，本发明专利技术通过将膦酸环酐类化合物和环状硫酸酯类化合物作为功能性混合添加剂，显著改善了电池的低温放电特性，同时又保证了电池具有相当的高温存储性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池领域，更具体地说，本专利技术涉及一种非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因具有比能量高、循环寿命长、自放电小等优点，被广泛应用于消费类电子产品以及储能与动力电池中。随着锂离子电池的广泛应用，其使用环境也早已趋于多种多样，并对电池的性能提出了更高的要求。例如，若要手机等电子产品在严寒地区也能正常工作，就要求锂离子电池必须具有良好的低温放电性能。锂离子电池的低温放电特性受到诸多因素的影响，其中，电解液作为锂离子电池的重要组成部分，对其低温放电性能有着重大地影响。从电解液的角度改善锂离子电池低温性能的方法主要有以下两个：第一是选择粘度较低的溶剂并大量使用，以提高锂离子电池的低温放电性能；其二是优化电解液添加剂，通过提高负极SEI膜的电导率，来有效改善锂离子电池的低温性能。但是，使用第一种方法，会导致电池在高温下保存时容易胀气，不能最终解决锂离子电池在应用中的问题；使用第二种方法副作用相对较小，但目前也没能找到效果满意的添加剂。有鉴于此，确有必要提供一种能够提高电池低温放电性能、且不影响其高温性能的电解液以及锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种能够在保证电池高温性能的同时，显著改善锂离子电池低温放电性能的非水电解液，并提供使用该非水电解液的锂离子电池。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂含有至少一种膦酸环酐类化合物和至少一种环状硫酸酯类化合物。研究表明，在电解液中单独加入适量的环状硫酸酯类化合物或膦酸环酐类化合物中的任意一种时，虽然能够使电池的低温放电性能得到少许提高，但效果却不足以满足对电池低温性能的更高要求。本专利技术通过将膦酸环酐类化合物和环状硫酸酯类化合物共同作为电解液添加剂混合使用，可以显著改善锂离子电池的低温放电特性，同时又能满足电池的高温存储要求。其原因可以考虑如下(但并不限于此)：电解液中同时加入适量的膦酸环酐类化合物和环状硫酸酯类化合物时，它们会共同参与在负极表面形成稳定的固体电解质界面膜(简称SEI膜)，该混合SEI膜同时含有S-O和P-O杂原子，有利于增加SEI膜的离子电导率，使锂离子的移动变得顺畅，从而得到优异的低温性能；此外，由于膦酸环酐类化合物是强脱水性物质，能够去除电池中的痕量水分，减少副反应并保护SEI膜，因此能够起到抑制电池高温鼓胀的作用。作为本专利技术非水电解液的一种改进，所述膦酸环酐类化合物为一种或多种膦酸经分子间脱水缩合形成的具有环状结构的化合物，所述环状结构由P原子和O原子交替构成，且P原子上连有磷氧双键。也就是说，所述膦酸环酐类化合物具有式(Ⅰ)所示的化学结构式：在式(Ⅰ)中，R1、R2、R3各自独立地选自碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为6～26且含有至少一个苯环的基团。上述烷基的碳原子数的优选上限值一次为16、12、8、6、4、3；例如，在碳原子数的上限值为16的情况下，烷基的碳原子数范围是指1～16；烷基的最优选碳原子数为1～3。烷基可为链烷基或环烷基：链烷基包含直链烷基和带有支链的烷基；环烷基为含有脂环结构的饱和烷基，脂环上可以含有或不含有取代基。上述碳原子数为6～26且含有至少一个苯环的基团，指总的碳原子数为6～26且化学结构式中包含苯环结构的基团，包括含有一个苯环的基团、含有多个苯环的基团或含有六元碳环的芳香稠环的基团。所述含有至少一个苯环的基团的碳原子数优选为6～20，更优选为6～18，进一步地优选为6～12。上述含有一个苯环的基团指含有一个苯环的化合物失去任意一个氢原子形成的基团，如苯失去任意氢原子形成的苯基、烷基苯化合物失去烷基上任意氢原子形成的苯烷基、烷基苯化合物失去苯环上任意氢原子形成的烷苯基、甲基苯失去甲基上一个氢原子形成的苄基或者甲基苯失去苯环上甲基对位氢原子形成的对甲苯基。含有多个苯环的基团指苯环与苯环之间不共用碳原子，且失去任意一个氢原子所形成的基团。含有六元碳环的芳香稠环的基团指含有六元碳环的稠环芳烃失去任意一个氢原子所形成的基团，如1-甲基萘失去甲基上一个氢原子形成的1-萘甲基，或者失去萘环上第2位置的氢形成的1-甲基-2-萘基。作为本专利技术非水电解液的一种改进，所述式(Ⅰ)中R1、R2、R3为相同的基团。作为本专利技术非水电解液的一种改进，所述膦酸环酐类化合物选自式(Ⅲ)所示的三苯基膦酸环酐、式(Ⅳ)所示的三丙基膦酸环酐、式(Ⅴ)所示的三乙基膦酸环酐、式(Ⅵ)所示的三甲基膦酸环酐中的至少一种：作为本专利技术非水电解液的一种改进，所述环状硫酸酯类化合物具有式(Ⅱ)所示的化学结构式：在式(Ⅱ)中，R4、R5、R6、R7各自独立地选自氢原子、卤素原子、碳原子数为1～3的烷基或碳原子数为1～3的烯基，所述烷基与烯基上的氢原子可以部分或全部被卤素原子取代，所述卤素原子任选自F、Cl、Br、I中的一种。作为本专利技术非水电解液的一种改进，所述环状硫酸酯类化合物选自式(Ⅶ)所示的硫酸亚乙酯、式(Ⅷ)所示的硫酸亚丙酯、式(Ⅸ)所示的4-甲基硫酸亚乙酯中的至少一种：作为本专利技术非水电解液的一种改进，所述膦酸环酐类化合物在非水电解液中的质量分数为0.05％～3％。这是因为当膦酸环酐类化合物的含量低于0.05％时，不能在阳极表面形成完整的SEI膜，从而不能有效阻止电解液与电极之间的电子转移所引起的副反应；而当膦酸环酐类化合物含量大于3％时，会在阳极表面形成较厚的SEI膜，导致锂离子迁移阻力增大，不利于电池的低温性能。进一步优选地，所述膦酸环酐类化合物在非水电解液中的质量分数范围的优选上限依次为2.8％、2.5％、2.0％、1.5％、1.0％，优选下限依次为0.08％、0.1％、0.3％、0.5％、0.6％。更进一步优选地，所述膦酸环酐类化合物在非水电解液中的质量分数为0.1％～2％。作为本专利技术非水电解液的一种改进，所述环状硫酸酯类化合物在非水电解液中的质量分数为0.01％～3％。这是因为当环状硫酸酯类化合物在电解液中的添加量低于0.01％时，将不能有效地形成稳定的SEI膜，电池的低温性能无改善；而当环状硫酸酯类化合物的含量高于3％时，会在电极表面形成较厚的SEI膜而导致电池的低温性能变差，同时，电池中过多的那部分环状硫酸酯类化合物在高温存储时会在正极上发生氧化分解反应并产气，从而恶化电池的高温存储性能。进一步优选地，所述环状硫酸酯类化合物在本文档来自技高网...

【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：所述添加剂含有至少一种膦酸环酐类化合物和至少一种环状硫酸酯类化合物；膦酸环酐类化合物在非水电解液中的质量分数为0.05％～3％，环状硫酸酯类化合物在非水电解液中的质量分数为0.01％～3％。

【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
述添加剂含有至少一种膦酸环酐类化合物和至少一种环状硫酸酯类化合物；膦
酸环酐类化合物在非水电解液中的质量分数为0.05％～3％，环状硫酸酯类化合物
在非水电解液中的质量分数为0.01％～3％。
2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述膦酸环酐类化合
物具有式(Ⅰ)所示的化学结构式：
在式(Ⅰ)中，R1、R2、R3各自独立地选自碳原子数为1～20的烷基、碳原
子数为6～26且含有至少一个苯环的基团。
3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于：所述式(Ⅰ)中R1、
R2、R3为相同的基团。
4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述膦酸环酐类化合
物选自三苯基膦酸环酐、三丙基膦酸环酐、三乙基膦酸环酐、三甲基膦酸环酐
中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于：所述环状硫酸酯类化
合物具有式(Ⅱ)所示的化学结构式：
在式(Ⅱ)中，R4、R5、R6、R7各自独立地选自氢原子、卤素原子、碳原

\t子数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李素丽，付成华，唐超，王可飞，林永寿，
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