锂二次电池及其电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种锂二次电池及其电解液。所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中；所述添加剂包括具有式I所示化学结构式的磺酰亚胺类化合物，

Lithium secondary cell and its electrolyte two

The invention discloses a lithium secondary battery and an electrolyte thereof two. The electrolyte comprises a lithium salt, an organic solvent, and an additive, wherein the lithium salt is dissolved in an organic solvent, and the additive comprises a sulfonyl imine compound having a chemical formula shown in formula I,

【技术实现步骤摘要】
锂二次电池及其电解液
本专利技术属于锂二次电池领域，更具体地说，本专利技术涉及一种锂二次电池及其电解液。
技术介绍
随着电子产品、动力、储能市场需求的不断扩大，人们对目前应用广泛的锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。由于以石墨为负极的锂离子电池中，石墨容量的发挥已经接近了理论值(376mAh/g)，进一步提高石墨负极锂离子电池的容量很有难度，因此，发展以金属锂作为负极的锂二次电池逐渐引起了科研工作者的关注。然而，限制锂二次电池进一步发展的障碍主要有两个方面：一是锂二次电池在循环过程中容易产生锂枝晶，导致电池出现短路而存在严重的安全隐患；二是电解液的限制，即在锂二次电池充放电过程中，其电极与电解液反应剧烈，导致电池的循环效率低，循环寿命短。另一方面，业界人士发现向电解液中加入有效的功能添加剂是降低电解液与电极材料间反应性、提高锂二次电池循环性能的重要途径。根据现有文献报道，亚硫酸丙烯酯(简写为PS)、亚硫酸乙烯酯(简写为ES)、硫酸乙烯酯(简写为DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)等诸多含S＝O基团的酯类添加剂，能够在电池循环过程中，在锂二次电池的正负极表面形成由短链有机磺酸锂、无机亚硫酸锂等物质组成的界面膜，界面膜具有良好的性能，有利于降低电解液溶剂与电极材料之间持续的剧烈反应，提高锂沉积与溶出的可逆度，提高电池的充放电库仑效率，改善电池的循环性能。可见，进一步发展和寻找含S＝O基团的化合物作为电解液添加剂，是提高以金属锂为电极的锂二次电池的循环、安全等性能的重要途径之一，也是锂二次电池用电解液的技术发展方向之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种采用新型添加剂的锂二次电池电解液，并提供使用该电解液制造出的锂二次电池，通过添加剂的使用在锂二次电池的金属锂负极表面形成优良界面膜，抑制电极活性物质与电解液的持续剧烈副反应，减缓锂枝晶生成，提高锂二次电池的首周库仑效率、循环稳定性能和安全性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种锂二次电池电解液，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中；所述添加剂包括具有式I所示化学结构式的磺酰亚胺类化合物，在式I中，X、Y分别独立地选自氟、氯、氰基、碳原子数为1～10的烃基、碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的烃基。所述碳原子数为1～10的烃基，是由碳原子数为1～10的烃类化合物分子上失去任一氢原子形成的，所述烃类化合物为饱和烃或不饱和烃，包含但不限于烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。所述碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的烃基，是由碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的化合物分子上失去任一氢原子形成的：如碳原子数为1含有氮元素的氢氰酸，失去一个氢原子形成的腈基；又如碳原子为2含有氮元素和氧元素的硝基乙烷，失去一个氢原子形成的硝基乙基等。优选地，所述X、Y分别独立地选自F原子、碳原子数为1～8的含氟烷基链、碳原子数为1～8的含氟烷氧基链中的一种或几种。优选地，所述磺酰亚胺类化合物在电解液中的质量百分含量为0.1％～8％。进一步优选地，所述磺酰亚胺类化合物在电解液中的质量百分含量为0.3％～1％。优选地，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、酸酐、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、环丁砜、二甲亚砜、乙烯亚硫酸酯、丙烯亚硫酸酯、甲硫醚、二乙基亚硫酸酯、亚硫酸二甲酯、四氢呋喃、含氟环状有机酯、含硫环状有机酯中的至少一种。优选地，所述有机溶剂在电解液中的质量百分含量为60％～90％。优选地，所述锂盐选自有机锂盐或无机锂盐中的至少一种。优选地，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiClO4、LiAsF6、LiBOB、LiDFOB、LiTFOB、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)中的至少一种，其中取代基RF＝CnF2n+1，是饱和全氟烷基，n为1～10的整数。优选地，所述锂盐在锂二次电池的电解液中的浓度为0.5mol/L～2mol/L。进一步优选地，所述锂盐在锂二次电池的电解液中的浓度为0.7mol/L～1.3mol/L。优选地，所述锂二次电池电解液由非水有机溶剂、锂盐和添加剂组成。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种锂二次电池，其包括正极片、金属锂负极片、隔离膜、间隔于正极片和金属锂负极片之间的隔离膜，以及电解液；所述电解液为上述任一段落所述的、含有磺酰亚胺类化合物添加剂的电解液。优选地，所述正极片包括正极集流体及涂布在正极集流体上的正极膜片，正极膜片包括正极活性材料、粘结剂和导电剂。优选地，所述正极活性材料任选自钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)、磷酸钴锂(LiCoPO4)、磷酸锰锂(LiMnPO4)、磷酸镍锂(LiNiPO4)、锰酸锂(LiMnO2)、二元材料LiNixA(1-x)O2(其中，A选自Co、Mn中的一种，0<x<1)、三元材料LiNimBnC(1-m-n)O2(其中，B、C独立地选自Co、Al、Mn中的至少一种，且B和C不相同，0<m<1，0<n<1)中的一种或几种；但不限于此。优选地，所述隔离膜可以是现有锂二次电池中使用的任何隔膜材料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯以及它们的多层复合膜，但不仅限于这些。与现有技术相比，本专利技术通过在锂二次电池的电解液中添加磺酰亚胺类化合物，至少了产生以下有益效果：(1)磺酰亚胺类化合物作为电解液添加剂用于锂二次电池中，能在电极表面形成含氟化物、磺酸锂盐和聚磺酰亚胺等物质的界面膜，从而有效抑制电解液溶剂与金属锂、正极材料间的持续剧烈反应，减缓金属锂枝晶的生成，提高锂二次电池充放电库仑效率，显著改善锂二次电池的循环性能，提高电池的安全性；(2)本专利技术所制得的锂二次电池具有优良的循环性能和容量保持率。(3)本专利技术所制得的锂二次电池具有优良的安全性。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。实施例1正极片P1#的制备：将正极活性材料钴酸锂(分子式LiCoO2)、导电剂导电炭黑(Super-P)、粘结剂聚偏二氟乙烯(简写为PVDF)在溶剂N-甲基吡咯烷酮(简写为NMP)中分散均匀，制成正极浆料。正极浆料中固体含量为77wt％，固体成分中包含98.26wt％的钴酸锂、0.9wt％的PVDF和0.84wt％的导电炭黑。将正极浆料均匀地涂布在厚度为12μm的正极集流体铝箔上，单面涂布量为0.0215g/cm2；随后在85℃下烘干后裁为直径为Φ12mm的圆片，之后在85℃真空条件下干燥4h，所得正极片记为P1#。电解液L1#的制备：在干燥房中，将碳酸乙烯酯(简写为EC)和碳酸二乙酯(简写为DEC)按体积比EC:DEC＝1:1的比例混合均匀，得到有机溶剂。向有机溶剂中加入导电锂盐LiPF6和添加剂N-氟磺酰基磺酰亚胺二聚体(式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中；其特征在于：所述添加剂包括具有式I所示化学结构式的磺酰亚胺类化合物，

【技术特征摘要】
1.一种锂二次电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中；其特征在于：所述添加剂包括具有式I所示化学结构式的磺酰亚胺类化合物，在式I中，X、Y分别独立地选自氟、氯、氰基、碳原子数为1～10的烃基、碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的烃基。2.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于：所述式I中，X、Y分别独立地选自F原子、碳原子数为1～8的含氟烷基链、碳原子数为1～8的含氟烷氧基链中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于：所述磺酰亚胺类化合物在电解液中的质量百分含量为0.1％～8％。4.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于：所述磺酰亚胺类化合物在电解液中的质量百分含量为0.3％～1％。5.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、酸酐、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、环丁砜、二甲亚砜、乙烯亚硫酸酯、丙烯亚硫酸酯、甲硫醚、二乙基亚硫酸酯、亚硫酸二甲酯、四氢呋喃、含氟环状有机酯、含硫环状有机酯中的至少一种。6.根据权利要求1所述的锂二次电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂在电解液中的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成勇，洪响，吴冰斌，安黎，江德顺，钟开富，
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