一种锂离子电池非水电解液及使用该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锂离子电解液及使用该电解液的锂离子电池，该电解液包括结构式1所示的化合物中的一种或者两种以上，其中R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、氰基、卤素原子或者含1－5个碳原子的基团。由于结构式1所示化合物的存在，本发明专利技术所提供的锂离子电池电解液可适用于电压区间为4.4V－4.5V的高镍三元锂离子电池并能提升常温和高温循环性能及高温存储性能和低温放电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池非水电解液及使用该电解液的锂离子电池[
]本专利技术涉及锂离子电池，更具体地，本专利技术涉及匹配高电压高镍正极的非水电解液的功能添加剂、非水电解液和使用该非水电解液的锂离子电池。[
技术介绍
]近年来随着智能电子产品和新能源汽车市场的快速发展，对高能量密度锂离子电池的性能要求越来越苛刻。正极材料作为锂离子的电池主材之一，其组成、结构及工作电压都对电池容量及循环寿命产生巨大影响。常规的正极材料在4.2V电压下表现出优异的循环性能和高低温性能，但是其容量低的特性无法满足高端产品的需求。提高工作电压能够提高电池的容量，但是循环性能会降低。在高电压下(4.4－4.5V)，正极材料界面具有较多强氧化性及高活性的Ni4+，这些Ni4+会氧化分解电解液，还原产生的Ni2+容易与Li+发生混排，导致材料结构的变化及金属离子的溶出，从而导致容量衰减严重，影响了电池的循环寿命及应用。通过在正极表面形成一层钝化膜，能够有效阻止电解液在正极表面的氧化，同时能提高正极材料在高电压下的稳定性。由此可知，正极钝化膜的性能对高电压锂离子电池性能至关重要。为了解决上述问题，通过在正极表面包覆Al2O3、AlF3、ZrO2、Li3PO4等惰性物质可以在一定程度上减缓材料的结构恶化同时提高材料的界面稳定性，但仍无法避免电极材料对电解液的氧化反应，这是由于电解液组分中的溶剂或添加剂的HOMO能级比较高，使得其比较容易失去电子，在正极材料界面发生氧化反应。许多科研工作者通过在电解液中添加不同的添加剂：如1，3－丙烷磺内酯(1，3－PS)、1，4－丁烷磺内酯(BS)、1，3－丙烯磺内酯(PST)、亚硫酸亚乙酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)，这些添加剂可以在正极材料表面形成钝化膜来改善电池的性能，但是形成的钝化膜在高温高电压长时间存储和循环后容易破损，电解液继续在正极表面发生副反应并破坏正极结构的稳定性，从而导致电池容量急速衰减。[
技术实现思路
]本专利技术提供一种适用于高电压(4.4V－4.5V)三元电池的电解液，并能提升电池循环性能、高温存储性能和低温性能，进一步提供一种包含上述锂离子电池非水电解液的锂离子电池。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池非水电解液，包含结构式1所示的化合物中的一种或者两种以上，其中R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、氰基、卤原子或含有1－5个碳原子的基团。作为本专利技术的进一步改进方案，上述含1－5个碳原子的基团选自烃基、炔基、卤代烃基、含氧烃基、含硅烃基或含氰基取代的烃基。作为本专利技术的进一步改进方案，R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、氟原子、甲基、乙基、丙基、三甲基硅氧基、氰基或三氟甲基。作为本专利技术的进一步改进方案，所述结构式1所示的化合物的添加量含量相对于所述锂离子电池非水电解液总质量的0.1％－5％。作为本专利技术的进一步改进方案，所述结构式1所示的化合物具体选自如下化合物1至化合物9，作为本专利技术的进一步改善方案，上述锂离子电池非水电解液还包括碳酸亚乙酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)中的一种或者两种以上。作为本专利技术的进一步改善方案，所述锂离子电池非水电解液还包括1，3－丙烷磺内酯(1，3－PS)、1，4－丁烷磺内酯(BS)、1，3－丙烯磺内酯(PST)、亚硫酸亚乙酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)中的一种或者两种以上。作为本专利技术的进一步改善方案，所述锂离子电池非水电解液的电解质盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiFAP、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C4F9)2、LiC(SO2CF3)3、LiPF2(C2O4)2、LiPF4(C2O4)、LiB(CF3)4或LiBF3(C2F5)中的至少一种或两种以上，所述电解质盐在锂离子电池电解液中的浓度为0.5～2.5mol/L。作为本专利技术的进一步改善方案，所述锂离子电池非水电解液的非水有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ－丁内酯(GBL)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(EP)、乙酸丁酯(BA)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)或丙酸丁酯(BP)中的一种或两种以上。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种锂离子电池，包括正极、负极和置于正负极之间的隔膜，还包括上述第一方面的锂离子电池非水电解液。根据本专利技术的进一步改善方案，所述的正极的活性材料选自LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2或LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2中的至少一种或一种以上的混合物。根据本专利技术的进一步改善方案，所述负极的活性材料选自人造石墨、天然石墨、Si及其合金、Sn及其合金、金属锂及其合金、过渡金属氧化物或钛酸锂中的一种或多种混合物。本专利技术的锂离子电池非水电解液中含有结构式1所示的化合物，在电解液中添加结构式1所示的化合物，本专利技术的锂离子电池在高电压(4.4V－4.5V)电压条件下的高温性能、低温性能和循环性能都非常优异。[具体实施方式]下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供一种含有结构式1所示的锂离子电池非水电解液以及使用该电解液的锂离子电池。结构式1的所示的化合物可采用多元醇(赤藓糖醇)与二氯亚砜在碱性催化剂作用下发生取代反应，再经过重结晶或柱层析纯化制备得到。其合成路线示例如下：结构式1中含氟的化合物的制备采用对用多元醇与F2、N2混合气氟化后，再经过重结晶或柱层析纯化而得，其合成路线示意式如下：结构式1中含氰基化合物的制备采用对应的多元醇与二氯亚砜反应发生氯代反应后，再与NaCN或者KCN反应，再经过重结晶或柱层析纯化而得，其合成路线示意式如下：结构式1中的三甲基硅氧基化合物的制备采用对应的烃基亚硫酸酯与氮硅烷发生取代反应后，再经过重结晶或柱层析纯化而得，其合成路线示意式如下：本专利技术的锂离子电池非水电解液中含有结构式1所示的化合物，其作用机理在首次充放电过程中，结构式1分子中的1，3－丙烯亚硫酸酯结构单元能够在正极表面形成钝化膜，由于分子结构中含有两个1，3－丙烯亚硫酸酯结构单元，这两个结构单元都能参与正极钝化膜的形成，比1，3－丙烯亚硫酸酯形成的钝化膜更加稳定，可以有效的保护正极材料、减小材料界面对电解液的氧化，提高材料的界面稳定性；同时形成的钝化膜中的含硫锂盐可以提升锂离子的传导率及电子电导率，从而提高电池的倍率性能及低温放电性能。此外，该添加剂由于含有不饱和亚硫酸酯结构，能够在高电压下与正极材料释放出的氧气分子进行反应，提高电解液的耐氧化性，从而显著改善电池的高温存储和循环性能。在结构式1所示的化合物中，R1、R2、R3、R4可以各自独立地选自氢、氰基、卤素原子或者含1－5个碳原子的基团。控制结构式1所示的化合物在非水电解液中的含量对于锂离子电池高低温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水锂离子电池电解液，其特征在于，包含结构式1所示化合物中的一种或者两种以上，

【技术特征摘要】
1.一种非水锂离子电池电解液，其特征在于，包含结构式1所示化合物中的一种或者两种以上，其中R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢、氰基、卤原子或含有1－5个碳原子的基团。2.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述的1－5个碳原子基团选烃基、炔基、卤代烃基、含氧烃基、含硅烃基或含氰基取代的烃基。3.根据权利要求1或2所述的锂离子非水电解液，其特征在于，R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、氟原子、氰基、甲基、乙基、丙基、三甲基硅氧基或三氟甲基。4.根据权利要求1或2所述的锂离子非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示的化合物的添加量含量相对于所述锂离子电池非水电解液的总质量的0.1％－5％。5.根据权利要求1或2所述的锂离子非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示的化合物具体选自如下化合物1至化合物9。6.根据权利要求1或2所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂离子电池非水电解液还包括碳酸亚乙酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)中的一种或者两种以上。7.根据权利要求1或2所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂离子电池非水电解液还包括1，3－丙烷磺内酯(1，3－PS)、1，4－丁烷磺内酯(BS)、1，3－丙烯磺内酯(PST)、亚硫酸亚乙酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)中的一种或者两种以上。8.根据权利要求1或2所述锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂离子电池非水电解液的电解质盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiDFOB、LiFAP、LiAsF6、LiSb...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛冲，熊伟，王霹霹，刘李阳，黄秋洁，刘文博，戴晓兵，
申请(专利权)人：珠海市赛纬电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44