一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提出一种锂离子电话此非水电解液和锂离子电池，所述非水电解液锂盐、非水溶剂及添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示结构的氯磺酸酯：

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池以其高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害以及体积小等优点得到广泛引用；但非水电解液二次电池中，电极会与电解液发生副反应并产生气体，使电池胀气严重，对电池的充放电性能及安全性能造成极大影响，尤其是当电池的负极材料为硅基材料时，电解液与负极发生副反应致使电池发生胀气的情况更加严重。现有技术中，解决上述问题的手段通常是通过在电解液中添加合适的成膜添加剂以在电极表面形成稳定的SEI膜，例如在电解液中添加碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、丁二酸酐（SA）、三五氟苯基硼烷（TPFPB）以及硅氧烷化合物等，以达到抑制电极与非水电解液发生副反应的目的，通过该方法虽然能够一定程度上抑制正负极与非水电解液之间的副反应，但由于该类添加的粘度较高同时稳定性差，因此会对电解液本身的性能产生影响；也有文献公开通过在电解液中添加磺酸酯、硫酸酯或磺酸酯或硫酸酯和三（三甲基硅）磷酸酯来解决上述技术问题，由于该类添加剂可在负极表面形成致密的界面膜，从而可以很好的阻隔负极与非水电解液之间的副反应；专利CN201180027595.4公开了一种非水电解液，在其公开的非水电解液中添加有具有支链结构的磺酸酯化合物，以提高电池整体的电化学稳定性；虽然上述两种方法均能够一定程度上抑制电极与电解液之间的副反应，但是该方法制备得到的电池高温存储及高温循环差且在高温环境时存在产气及容量衰减快的问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、非水溶剂及添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示结构的氯磺酸酯：式(1)，其中R选自氢原子、碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基、氯磺酸甲酯基、苯基、联苯、卤代苯基、卤代联苯、含氮杂环中的一种。本申请的专利技术人在试验中发现，将本申请所述结构的氯磺酸酯加入非水电解液中，制备得到的电池胀气程度大大降低，同时电池还表现出良好的循环性能及倍率性能；专利技术人经过验证发现，将该氯磺酸酯化合物加入非水电解液中后，在电池的充放电过程中，该氯磺酸酯能够迅速分解并且在负极表面形成一层致密并且稳定的SEI膜，在形成该SEI膜的过程中不会产生任何气体，且经过进一步验证，在该形成的SEI膜层中含有硫化锂、亚硫酸锂以及氯化锂等无机化合物，该类无机化合物的存在能够大大提高SEI膜整体的锂离子电导率，从而大大提高锂离子电池的充放电倍率；同时，该SEI膜的稳定存在还能有效缓解负极材料的体积收缩效应，阻止负极表面的界面反应，并大大缓解电解液因与负极之间发生副反应产生损耗，更为重要的是，该类添加剂的存在并不会对电解液的其他性能造成影响。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括壳体、容纳于壳体内的电芯及非水电解液，电芯包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜，正极包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极包括负极活性材料及粘结剂，其特征在于，所述非水电解液为本专利技术所述的非水电解液。具体实施方式本专利技术提出了一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、非水溶剂及添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示结构的氯磺酸酯：式(1)，其中R选自氢原子、碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基、苯基、联苯、卤代苯基、卤代联苯、含氮杂环中的一种。本申请的专利技术人在实验中发现，将本申请所述结构的氯磺酸酯加入非水电解液中，具有该特定结构的氯磺酸酯能够在电池的充放电过程中在负极表面被电化学还原并发生分解，从而在负极的表面形成一层致密的含有硫化锂、亚硫酸锂以及氯化锂等无机化合物的SEI膜，在形成SEI膜的过程中不会产生气体，同时该SEI膜能够在电池的充放电过程中稳定存在并且具有很好的锂离子电导性能。根据本专利技术提供的非水电解液，优选地，所述R选自碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基、氯磺酸甲酯基中的一种。根据本专利技术提供的非水电解液，优选地，所述R选自碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基中的一种。当加入非水电解液中的氯磺酸酯中的R基团选自碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基时，该氯磺酸酯经电化学还原并分解在负极表面形成的SEI膜中不仅含有硫化锂、亚硫酸锂和氯化锂等无机化合物，还含有聚烯烃类等聚合物，该聚合物的存在，不仅能够提高SEI膜的柔韧性，还能够缓解SEI膜在负极材料的膨胀过程中引起的破裂。根据本专利技术提供的非水电解液，优选地，所述R选自甲基(-CH3)、乙基(-CH2CH3)、氯甲基(-CH2Cl)、氯乙基(-CH2CH2Cl)、氯磺酸甲酯基()、乙烯基(-CH=CH2)、苯基、联苯中的一种。根据本专利技术提供的非水电解液，进一步优选地，所述R选自甲基(-CH3)、乙基(-CH2CH3)、氯甲基(-CH2Cl)、氯乙基(-CH2CH2Cl)、乙烯基(-CH=CH2)、氯磺酸甲酯基()中的一种；当R选自上述基团中的一种时，该类结构的氯磺酸酯的制备工艺简单，成本低。根据本专利技术提供的非水电解液，进一步优选地，所述R选自氯甲基(-CH2Cl)、氯乙基(-CH2CH2Cl)和乙烯基(-CH=CH2)中的一种；该类结构的氯磺酸酯作为添加剂加入非水电解液中，能够在负极表面形成一层稳定的且含有硫化锂、亚硫酸锂和氯化锂以及聚合物的SEI膜，硫化锂、亚硫酸锂和氯化锂的存在能够大大提高SEI膜的锂离子电导率、聚合物的存在能够提升SEI膜的柔性，降低SEI膜在负极材料膨胀过程中引起的破裂；同时该类结构的氯磺酸酯更容易获得，且制备工艺简单、制备成本低。根据本专利技术提供的非水电解液，优选地，以所述非水电解液的总重量为基准，所述添加剂的含量为1%-10%；本申请的专利技术人经过无数次的实验发现，当在非水电解液加入的氯磺酸酯的含量为1%-10%时，制备得到的电池表现出更为优异的循环性能记忆倍率性能，专利技术人经过进一步验证发现，在非水电解液中的氯磺酸酯为上述含量值时，形成的SEI膜能够稳定存在且具有较好的离子电导性能，且SEI膜更加稳定，同时不会造成电池阻抗过大。根据本专利技术提供的非水电解液，优选地，所述非水电解液中还包括碳酸亚乙烯酯；进一步优选地，所述碳酸亚乙烯酯与所述添加剂的重量比为0.1~5：0.1~5；本申请的专利技术人在实验中无意发现，在非水电解液中添加本申请所述结构的氯磺酸酯的同时添加一定量的碳酸亚乙烯酯，对提高电池整体的循环性能及倍率性能具有很好的促进作用，专利技术人推测其原因，可能是因为碳酸亚乙烯酯能够更好的配合本专利技术所述结构的氯磺酸酯在负极表面形成完整并且稳定的SEI膜，从而达到完全覆盖负极表面反应活性位点的目的；专利技术人进一步发现，碳酸亚乙烯酯与本申请所述结构的氯磺酸酯的配比为上述值时，碳酸亚乙烯酯与本申请所述结构的氯磺酸酯之间具有更好的配合作用，制备得到的电池循环性能及倍率性能更好。根据本专利技术提出的非水电解液，其中的非水溶剂可以采用本领域技术人员常规的各种有机溶剂；可选地，所述非水溶剂选自碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、亚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、非水溶剂及添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示结构的氯磺酸酯：

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、非水溶剂及添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示结构的氯磺酸酯：式(1)，其中R选自氢原子、碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基、氯磺酸甲酯基、苯基、联苯、卤代苯基、卤代联苯、含氮杂环中的一种。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述R选自碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基、氯磺酸甲酯基中的一种。3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述R选自碳原子数为2-5的烯基、碳原子数为1-5的卤代烷基中的一种。4.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述R选自甲基、乙基、氯甲基、氯乙基、乙烯基、氯磺酸甲酯基中的一种。5.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述R选自氯甲基、氯乙基、乙烯基中的一种。6.根据权利要求1-5任意一项所述的非水电解液，其特征在于，以所述非水电解液的总重量为基准，所述添加剂的含量为1%-10%。7.根据权利要求1所述的锂离子电池非水...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟海敏，王圣，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44