非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种非水电解液及锂离子电池，所述非水电解液包括非水溶剂、锂盐以及添加剂，所述非水溶剂包括碳酸酯类溶剂和高氧化电位类溶剂，所述添加剂包括环状硫酸酯。所述高氧化电位类溶剂选自式I、式II所示的化合物中的一种或几种，所述环状硫酸酯选自式III所示的化合物中的一种或几种。本发明专利技术既能改善锂离子电池高温高电压下的电化学性能以及改善锂离子电池过充安全、热箱安全等安全性能，又能保证锂离子电池具有一定的动力学性能。

【技术实现步骤摘要】
非水电解液及锂离子电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种非水电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。目前对锂离子电池的需求是：高电压、高功率、长循环寿命、长存储寿命且安全性能优异。锂离子电池目前广泛使用以六氟磷酸锂为导电锂盐以及以环状碳酸酯和/或链状碳酸酯为溶剂的非水电解液体系。然而上述非水电解液尚存在诸多不足，例如在高电压体系中，上述非水电解液的循环性能、存储性能以及安全性能有待提高，又如在钴酸锂或高镍三元体系中，锂离子电池的过充安全、热箱安全等安全性能也有待提高。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种非水电解液及锂离子电池，其既能改善锂离子电池高温高电压下的电化学性能以及改善锂离子电池过充安全、热箱安全等安全性能，又能保证锂离子电池具有一定的动力学性能。为了达到上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种非水电解液，其包括非水溶剂、锂盐以及添加剂，所述非水溶剂包括碳酸酯类溶剂和高氧化电位类溶剂，所述添加剂包括环状硫酸酯。所述高氧化电位类溶剂选自式I、式II所示的化合物中的一种或几种；所述环状硫酸酯选自式III所示的化合物中的一种或几种。在式I中，R1、R2独立地选自未取代、部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至5的烷基，且R1、R2中的至少一个为部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至5的烷基。在式II中，R3选自部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至6的亚烷基。在式III中，R4选自未取代、部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至6的亚烷基。其中，卤素原子选自F、Cl、Br、I中的一种或几种。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜以及根据本专利技术第一方面的非水电解液。相对于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：(1)本专利技术的非水电解液使用高氧化电位类溶剂与碳酸酯类溶剂形成的混合溶剂，可以克服常规碳酸酯类溶剂耐氧化性差、易高压分解产气、闪点低、易燃烧等缺点，从而本专利技术的非水电解液可以大大改善锂离子电池的过充安全、热箱安全等安全性能；(2)本专利技术的非水电解液可以综合高氧化电位类溶剂耐氧化性高且不可燃的优点以及碳酸酯类溶剂粘度低且介电常数高的优点，从而既能改善锂离子电池高温高电压下的电化学性能，又能保证锂离子电池具有一定的动力学性能；(3)本专利技术的非水电解液中含有添加剂环状硫酸酯，其可以优先在负极形成稳定的界面保护膜，抑制高氧化电位类溶剂在负极的副反应，另外，添加剂环状硫酸酯在参与负极成膜过程中可生成结构中含烷氧基结构(-CH2CH2O-)的硫酸酯锂盐，很好地调节负极界面保护膜粘弹性，改善锂离子界面传递动力学，最终在负极形成薄且致密以及锂离子迁移动力学良好的界面保护膜，很好地弥补高氧化电位类溶剂粘度大以及与负极兼容性差的缺陷，有助于得到动力学性能以及电化学性能良好的锂离子电池；(4)此外，环状硫酸酯还可以在正极表面形成稳定的界面保护膜，进一步提高非水电解液的耐氧化性，因此还在一定程度上有利于改善锂离子电池过充安全、热箱安全等安全性能。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的非水电解液及锂离子电池。首先说明根据本专利技术第一方面的非水电解液，其包括非水溶剂、锂盐以及添加剂，所述非水溶剂包括碳酸酯类溶剂和高氧化电位类溶剂，所述添加剂包括环状硫酸酯。其中，所述高氧化电位类溶剂选自式I、式II所示的化合物中的一种或几种。在式I中，R1、R2独立地选自未取代、部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至5的烷基，且R1、R2中的至少一个为部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至5的烷基；在式II中，R3选自部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至6的亚烷基。所述环状硫酸酯选自式III所示的化合物中的一种或几种。在式III中，R4选自未取代、部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至6的亚烷基。在R1、R2、R3、R4中：烷基、亚烷基可以为直链结构，也可以为支链结构；在烷基、亚烷基发生部分卤代或全部卤代时，卤素原子的具体种类可以为一种，也可以为多种；卤素原子选自F、Cl、Br、I中的一种或几种，优选为F。目前，锂离子电池电解液常使用碳酸酯类溶剂。该类溶剂的耐氧化性差，常温下(25℃)在4V左右就出现轻微氧化，且随着电压和温度升高，该类溶剂氧化产气越来越明显。同时，该类溶剂的闪点低(一般在35℃以下)，遇明火时很容易燃烧，且放热量大。因此使用常规碳酸酯类溶剂的锂离子电池在安全性能上存在很高的潜在危险。在本专利技术的非水电解液中，使用高氧化电位类溶剂与碳酸酯类溶剂形成的混合溶剂，高氧化电位类溶剂具有耐氧化性高且不可燃的优点，可以克服常规碳酸酯类溶剂耐氧化性差、易高压分解产气、闪点低、易燃烧等缺点，从而本专利技术的非水电解液可以大大改善锂离子电池的过充安全、热箱安全等安全性能，同时还可以改善高温高电压电池体系的存储寿命、循环寿命等电化学性能。但是，尽管高氧化电位类溶剂具有耐氧化性高且不可燃的优点，其与负极兼容性差，会在负极发生副反应，同时高氧化电位类溶剂的粘度较碳酸酯类溶剂大，加入高氧化电位类溶剂后，非水电解液整体粘度增加较大，电导率降低，锂离子电池的循环寿命等电化学性能以及动力学性能会受到负面影响。而添加剂环状硫酸酯可以优先在负极形成稳定的界面保护膜，抑制高氧化电位类溶剂在负极的副反应；另外，添加剂环状硫酸酯在参与负极成膜过程中可生成结构中含烷氧基结构(-CH2CH2O-)的硫酸酯锂盐，很好地调节负极界面保护膜粘弹性，改善锂离子界面传递动力学，最终可在负极形成薄且致密以及锂离子迁移动力学良好的界面保护膜。因此添加剂环状硫酸酯可以很好地弥补高氧化电位类溶剂粘度大以及与负极兼容性差的缺陷，并有助于得到动力学性能以及电化学性能良好的锂离子电池。此外，环状硫酸酯还可以在正极表面形成稳定的界面保护膜，进一步提高非水电解液的耐氧化性。因此加入环状硫酸酯(例如DTD)后除了能更好地提高锂离子电池的动力学性能以及循环寿命、存储寿命等电化学性能外，还能在一定程度上有利于改善锂离子电池的过充安全、热箱安全等安全性能。在本专利技术的非水电解液中，高氧化电位类溶剂的重量百分含量较小时，则对于碳酸酯类溶剂耐氧化性差、易高压分解产气、闪点低、易燃烧等缺点的改善效果不明显；高氧化电位类溶剂的重量百分含量较大时，则非水电解液的整体粘度增加较大，电导率降低，会对锂离子电池的动力学性能产生较大影响。因此，优选地，基于所述非水溶剂的总重量，所述高氧化电位类溶剂的重量百分含量为10％～60％，此时可以更好地综合高氧化电位类溶剂耐氧化性高且不可燃的优点以及碳酸酯类溶剂粘度低且介电常数高的优点，从而既能改善锂离子电池高温高电压下的电化学性能，又能保证锂离子电池具有一定的动力学性能。更优选地，基于所述非水溶剂的总重量，所述高氧化电位类溶剂的重量百分含量为20％～40％。在本专利技术的非水电解液中，碳酸酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解液，包括非水溶剂、锂盐以及添加剂；/n其特征在于，/n所述非水溶剂包括碳酸酯类溶剂和高氧化电位类溶剂，所述添加剂包括环状硫酸酯；/n所述高氧化电位类溶剂选自式I、式II所示的化合物中的一种或几种；/n

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，包括非水溶剂、锂盐以及添加剂；
其特征在于，
所述非水溶剂包括碳酸酯类溶剂和高氧化电位类溶剂，所述添加剂包括环状硫酸酯；
所述高氧化电位类溶剂选自式I、式II所示的化合物中的一种或几种；



在式I中，R1、R2独立地选自未取代、部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至5的烷基，且R1、R2中的至少一个为部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至5的烷基；在式II中，R3选自部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至6的亚烷基；
所述环状硫酸酯选自式III所示的化合物中的一种或几种；



在式III中，R4选自未取代、部分卤代或全部卤代的碳原子数为1至6的亚烷基；
其中，卤素原子选自F、Cl、Br、I中的一种或几种，优选为F。


2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，
在式I中，R1、R2独立地选自未取代、部分氟代或全部氟代的碳原子数为1至5的烷基，且R1、R2中的至少一个为部分氟代或全部氟代的碳原子数为1至5的烷基，优选地，R1、R2独立地选自-CH3、-CF3、-CH2CH3、-CF2CH3、-CH2CF3、-CF2CF3、-CH2CH2CH3、-CF2CH2CH3、-CH2CH2CF3、-CH2CF2CF3、-CF2CH2CF3、-CF2CF2CH3、-CF2CF2CF3，且R1、R2中的至少一个为-CF3、-CF2CH3、-CH2CF3、-CF2CF3、-CF2CH2CH3、-CH2CH2CF3、-CH2CF2CF3、-CF2CH2CF3、-CF2CF2CH3、-CF2CF2CF3；
在式II中，R3选自部分氟代或全部氟代的碳原子数为1至6的亚烷基，优选地，R3选自-CHFCH2CH2CH2-、-CF2CH2CH2CH2-、-CF2CH2CH2CHF-、-CF2CH2CH2CF2-、-CH2CH2CHFCH2-、-CH2CHFCHFCH2-、-CH2CH2CH(CF3)CH2-、-CF2CH2CH2CH2CH2-、-CF2CH2CH2CH2CF2-、-CH2CH2CH2CHFCH2-、-CH2CHFCH2CHFCH2-、-CH2CHFCH2CHFCHF-、-CH2CH2CH2CH2CHF-、-CH2CH2CH2CH(CF3)CH2-、-CF2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CHFCH2-、-CH2CHFCH2CH2CHFCH2-、-CF2CH2CH2CH2CH2CF2-、-CH2CH2CH(CH3)CH2CHFCH2-、-CH2CH2CH(CF3)CH2CHFCH2-；
在式III中，R4选自未取代、部分氟代或全部氟代的碳原子数为1至6的亚烷基。


3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述环状硫酸酯选自下述化合物及其氟代化合物中的一种或几种：



优选地，所述环状硫酸酯为


4.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述高氧化电位类溶剂选自下述化合物中的一种或几种：








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【专利技术属性】
技术研发人员：陈培培，梁成都，付成华，冯俊敏，
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