一种抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液及其应用，属于锂离子电池领域。该电解液包括电解质锂盐，硫醚功能添加剂和非水有机溶剂；通过添加硫醚功能添加剂，在应用于锂离子电池时，该添加剂在负极表面形成一层抗过渡金属离子溶解的稳定SEI膜，有效抑制过渡金属离子对负极的破坏，显著提高负极/电解液界面稳定性，从而提高锂离子电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液及其应用。
技术介绍
在现有的商业化二次电池中，锂离子电池凭借其自身工作电压高，比能量密度大，循环寿命长，自放电率低，环保以及无记忆性等一系列的优点在电子产品中得到了广泛的应用。目前商业市场上使用的锂离子电池负极材料主要为石墨，锂电池在充放电过程中会在石墨负极表面形成致密的SEI膜，研究表明SEI膜对电池的循环性能，锂离子的脱嵌动力学过程，容量的发挥，电池的安全性，以及电池的自放电性能等都有着至关重要的影响。现阶段，锂电池正极材料所采用的大多数为含过渡金属元素的锂氧化物。在充放循环过程中，锂离子电池正极材料中的过渡金属离子在循环过程中会部分溶解到电解液中，特别是在高温高电压的条件下。溶解的过渡金属会在电池放电过程中沉积到电池负极表面，破坏负极表面的固体电解质界面膜(SEI膜)结构，严重缩短电池寿命。因而抑制过渡金属离子的溶出及其对材料SEI膜的破坏显得尤为重要，添加功能添加剂，优化SEI膜结构，使得SEI膜抗过渡金属离子溶解是解决问题最简便有效的方法之一。目前，国内有关抑制过渡金属离子对负极破坏作用的电解液添加剂开发尚处于起步阶段。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种硫醚功能添加剂在抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜中的应用。本专利技术的另一目的在于提供所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液。该电解液通过添加硫醚功能添加剂，在应用于锂离子电池时，该添加剂在负极表面形成一层抗过渡金属离子溶解的稳定SEI膜，有效抑制过渡金属离子对负极的破坏，显著提高负极/电解液界面稳定性，从而提高锂离子电池的循环寿命。本专利技术的再一目的在于提供所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：硫醚功能添加剂在抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜中的应用，所述的硫醚功能添加剂的结构式如下式所示：其中，R1和R2分别独立的取碳原子数1～15的直链烷基、支链烷基或卤代烷基，碳原子数为3～10的环烷基或卤代环烷基，碳原子数为6～30的芳香基，碳原子数6～30的卤代芳香基中的一种。一种抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液，包括电解质锂盐，硫醚功能添加剂和非水有机溶剂。所述的硫醚功能添加剂在电解液中的质量百分比为0.1％～10％；优选为1％～10％；所述的电解液中还可含有非硫醚功能添加剂，所述的非硫醚功能添加剂在电解液中的质量百分比为0.1％～10％。所述的非硫醚功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,4-丁磺酸内酯(BS)、硫酸乙烯酯(DTD)、丙磺酸亚乙烯酯、硫酸丙烯酯和亚硫酸丙烯酯中的至少一种。所述的电解质锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)等无机锂盐、LiPF6-n(CF3)n(0<n<6的整数)等全氟取代络合磷酸类锂盐、三邻苯二酚磷酸酯类锂盐、二草酸硼酸锂(LiBOB)和二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)等硼酸类锂盐、LiN[(FSO2C6F4)(CF3SO2)]、三氟甲基磺酸锂(LiSO3CF3)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSi)等磺酰亚胺类锂盐、以及LiCH(SO2CF3)2(LiTFSM)等多氟烷基类锂盐、上述锂盐中的一种或多种，以及根据上述锂盐的分子结构式的变换所得到的同类型锂盐，都属于本专利技术保护范围内。所述的电解质锂盐的终浓度为0.8～1.2mol/L。所述的非水有机溶剂包括环状碳酸酯溶剂和线型碳酸酯溶剂；所述的环状碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯(EC)；所述的线型碳酸酯溶剂为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁内酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯和丙酸丁酯中的至少一种。所述的环状碳酸酯溶剂和线性碳酸酯溶剂的质量比为(1:3)～(3:2)；所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液的制备方法，包括如下步骤：(1)将非水有机溶剂纯化除杂、除水；(2)在室温条件下，将电解质锂盐加入步骤(1)所得到的溶剂中，得到普通电解液；(3)在步骤(2)得到的普通电解液中加入硫醚功能添加剂；得到抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液。步骤(1)中所述的纯化除杂、除水优选通过分子筛、活性炭、氢化钙、氢化锂、无水氧化钙、氯化钙、五氧化二磷、碱金属或碱土金属中的任意一种或几种进行处理；所述的分子筛可以采用型、型或型，最好选用型或型。步骤(2)中所述的室温的温度为25～40℃。所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液应用于制造锂离子电池，得到的电池具有良好的循环性能。一种含有上述抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液；所述的正极片包括脱嵌锂活性材料，导电剂，集流体以及将该将活性物质与集流体结合的粘结剂；所述的脱嵌锂活性材料为锂的金属氧化物和金属元素Mg，Al，B，Ti，Sn，Ge，Fe，Sr，Ga以及稀土元素中的一种及以上。所述的脱嵌锂活性材料还包括聚阴离子聚合物LiMX(PO4)Y其中的一种；所述的M为Ni，Co，Mn，Ti，V和Fe中的一种。所述的负极片包括能可逆脱嵌锂的活性材料，导电剂，集流体以及将该将活性物质与集流体结合的粘结剂。所述的能可逆脱嵌锂的活性材料包含锂金属，锂合金，硬碳，无定形碳，软碳，纤维碳以及结晶碳中一种及以上。所述的结晶碳包括天然石墨，人工石墨，石墨化MCMB和中间相沥青碳纤维中的一种。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：锂离子电池正极材料中的过渡金属离子在循环过程中会部分溶解到电解液中，特别是在高温高电压的条件下。溶解的过渡金属会在电池放电过程中沉积到电池负极表面，破坏负极表面的固体电解质界面膜(SEI膜)结构，导致电池不可逆容量损失增大，循环寿命下降。本专利技术提出一种硫醚功能添加剂，该添加剂在负极表面形成一层抗过渡金属离子溶解的稳定SEI膜，有效抑制过渡金属离子对负极的破坏，显著提高负极/电解液界面稳定性，从而提高锂离子电池的循环稳定性。附图说明图1是对比例普通电解液与实施例一，实施例四，实施例六，本文档来自技高网...

【技术保护点】
硫醚功能添加剂在抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜中的应用，所述的硫醚功能添加剂的结构式如下式所示：其中，R1和R2分别独立的取碳原子数1～15的直链烷基、支链烷基或卤代烷基，碳原子数为3～10的环烷基或卤代环烷基，碳原子数为6～30的芳香基，碳原子数6～30的卤代芳香基中的一种。

【技术特征摘要】
1.硫醚功能添加剂在抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜中的应用，所述的
硫醚功能添加剂的结构式如下式所示：
其中，R1和R2分别独立的取碳原子数1～15的直链烷基、支链烷基或卤代烷基，碳原子数
为3～10的环烷基或卤代环烷基，碳原子数为6～30的芳香基，碳原子数6～30的卤代芳香基
中的一种。
2.一种抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液，其特征在于：包括电
解质锂盐，权利要求1所述的硫醚功能添加剂和非水有机溶剂。
3.根据权利要求2所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液，其
特征在于：所述的硫醚功能添加剂在电解液中的质量百分比为0.1％～10％。
4.根据权利要求2或3所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液，
其特征在于：所述的电解液中还含有非硫醚功能添加剂，所述的非硫醚功能添加剂在电解
液中的质量百分比为0.1％～10％。
5.根据权利要求4所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液，其
特征在于：所述的非硫醚功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯
酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,4-丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、丙磺酸亚乙烯酯、硫酸丙烯酯和亚硫酸
丙烯酯中的至少一种。
6.根据权利要求2或3所述的抑制过渡金属离子破坏锂离子电池负极界面膜的电解液，
其特征在于：所述的电解质锂盐为无机锂盐、全氟取代络合磷酸类锂盐、硼酸类锂盐、磺酰
亚胺类锂盐和多氟烷基类锂盐中的一种或多种；
所述的无机锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂和六氟砷酸锂中的一种或多种；
所述的全氟取代络合磷酸类锂盐为LiPF6-n(CF3)n，0<n<6的整数；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢丽丹，王康，李伟善，田源源，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44