一种新型锂离子电池用非水电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及了一种新型锂离子电池用非水电解液及锂离子电池，包括基础电解液和添加剂A，所述添加剂A为具有双磺酸硫代酯结构的化合物，其添加量为电解液总质量的0.5～3％，基础电解液包括电解质锂盐和非水有机溶剂。本发明专利技术所提供的锂离子电池电解液添加剂，能在正负极表面发生氧化还原反应，形成界面保护膜，并且界面膜的有机成分含量比较低，界面膜上的聚合分子较小，使得界面膜具有良好的高温稳定性，并且阻抗较低，可以同时改善电池循环和高低温性能。

A new type of non-aqueous electrolyte and lithium-ion battery for lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种新型锂离子电池用非水电解液及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种新型锂离子电池用非水电解液以及应用该电解液的锂离子电池。
技术介绍
近年来，锂离子电池的应用领域快速扩展，尤其是电动汽车，大型储能电站等在其他方面的应用，对电池的高能量密度的需求变得更加迫切。锂电池正极使用三元材料、锰酸锂与磷酸铁锂为主，其中三元材料凭借着电压平台高电压平台、能量密度高、振实密度高以及低温性能出色等等，正在被各个厂家作为重点开发的材料体系。三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池，近年来随着电池能量密度要求越来越高，三元正极材料的含镍比例越来越高，正极材料的结构稳定性降低，同时正负极材料的压实密度越来越高，而电解液的保液量越做越低。这样对电解液的要求就越来越高，需要通过在电解液里面添加特殊的添加剂修饰正负极和电解液的界面，提高电池的稳定性，从而延长电池的使用寿命，改善电池的安全性能。现有专利文献中也有不少关于通过采用在电解液中添加添加剂来提高电解液的稳定性、从而改善锂离子电池的安全性能的相关报道，例如：专利技术专利CN105794035B公开了一种二次电池用电解液及实用其的二次电池，其电解液中包括至少一种具有4个以上碳原子的开链状砜化合物、至少一种具有3个以下碳原子的开链状砜化合物和一种以上的碳酸酯化合物，得到了一种在高温条件下长期循环特性优异的非水二次电池。专利技术专利CN109037776A公开了一种电解液以及包括该电解液的电池，电解液包括有机溶剂、电解质盐和添加剂，添加剂包括双砜基化合物和环状硫酸酯化合物，通过双砜基化合物和环状硫酸酯化合物配合使用，不仅显著改善电池在高电压下的循环性能改善，同时显著改善其高温存储性能，还可提高其在高电压下的高温安全性能。上述文献公开的添加剂虽然包括砜基化合物甚至双砜基化合物，但是均与酯类化合物联合使用，但酯类化合物粘度较大、电化学稳定性差，会对锂离子电池的其他方面性能造成影响。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供一种电解液，该电解液添加的含有双磺酸硫代酯结构的化合物，可显著改善三元聚合物锂电池的循环性能和高温性能。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种新型锂离子电池用非水电解液，其特征在于，包括基础电解液和添加剂A，所述添加剂A为具有双磺酸硫代酯结构的化合物，其具有如化学式(1)所示的结构通式：其中，R1、R2各自独立地选自1～5个碳原子的烷基、1～5个碳原子的卤代烷基中的一种，其中R1、R2为卤代烷基时，卤代为部分取代或全取代。对于R1和R2，烷基的例子包括下列基团：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基等。这些当中优选甲基，因为可以实现良好的溶解性和相容性。卤代烷基的例子中，对卤素的类型没有具体的限制，但是优选其为氟、氯或溴，更优选氟。这是因为与其它卤素相比氟可以实现更高的效果。卤原子数目优选为2，也可以为3或更大。这是因为形成保护膜的能力增加并形成更强、更稳定的保护膜，从而更好地抑制电解液的分解反应。如上所示的任意结构的化合物均可以作为添加剂的成分，应用于锂离子电池中。具体应用中，可以以单一化合物作为电解液添加剂而使用，也可以将上述添加剂与其它化合物复合使用作为电解液添加剂。进一步地，所述添加剂A为具有如下化学式(2)或化学式(3)的化合物或两者的混合物：即化学式(1)中的R1和R2各自独立地为-CH3和-CF3。进一步地，所述添加剂A的添加量为电解液总量的0.1～10％。进一步地，所述添加剂A的添加量为电解液总量的0.5～3％。进一步地，所述基础电解液包括电解质锂盐和非水有机溶剂，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、γ-丁内酯(GBL)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(EP)、乙酸丁酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯及丙酸丁酯中的一种或几种的组合。进一步地，所述非水有机溶剂由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)组成，碳酸乙烯酯：碳酸二乙酯：碳酸甲乙酯的质量比为3:2:5。进一步地，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种的组合。进一步地，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂，所述六氟磷酸锂在电解液总量中的摩尔浓度为0.8～1.5mol/L。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括上述新型锂离子电池用非水电解液、正极、负极和隔膜。碳酸乙烯酯，英文名称为Ethylenecarbonate，缩写为EC；碳酸丙烯酯，英文名称为Propylenecarbonate，缩写为PC；碳酸丁烯酯，英文名称为2,3-Butylenecarbonate，缩写为BC；碳酸二甲酯，英文名称为dimethylcarbonate，缩写为DMC；碳酸二乙酯，英文名称为Diethylcarbonate，缩写为DEC；碳酸甲乙酯，英文名称为EthylMethylCarbonate，缩写为EMC；碳酸甲丙酯，英文名称为butan-2-ylcarbonate，缩写为MPC；γ-丁内酯，英文名称为1,4-Butyrolactone，缩写为GBL；乙酸甲酯，英文名称为methylacetate，缩写为MA；乙酸乙酯，英文名称为ethylacetate，缩写为EA；乙酸丙酯，英文名称为Propylacetate，缩写为EP；SEI，全称solidelectrolyteinterface，固体电解质界膜。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所提供的锂离子电池电解液添加剂，是一种双磺酸硫代酯结构的化合物，能先于电解液在正负极表面发生氧化还原反应，这类添加剂的分解产物富含Li2S，从而在锂负极表面引入无机成分，调控SEI(固体电解质界膜)的成分，提高SEI的机械强度，从而增强SEI的稳定性，进而抑制锂枝晶的生长，提高锂金属电池的使用寿命和循环性能，并且其在负极表面形成的聚合物分子量较低，离子导通性能更好，可以同时改善电池循环和高低温性能。。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术实施例提供一种新型锂离子电池用非水电解液及锂离子电池的制备方法。本专利技术所使用的高温型锂离子电池用电解液包括基础电解液和添加剂A，其中添加剂A选自下面化学式(1)所示的具有双磺酸硫代酯结构的化合物，式(1)中，R1、R2各自独立地选自1～5个碳原子的烷基、1～5个碳原子的卤代烷基中的一种，其中R1、R2为卤代烷基时，卤代为部分取代或全取代，其中R1和R2可以彼此相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型锂离子电池用非水电解液，其特征在于，包括基础电解液和添加剂A，所述添加剂A为具有双磺酸硫代酯结构的化合物，其具有如化学式(1)所示的结构通式：/n

【技术特征摘要】
1.一种新型锂离子电池用非水电解液，其特征在于，包括基础电解液和添加剂A，所述添加剂A为具有双磺酸硫代酯结构的化合物，其具有如化学式(1)所示的结构通式：



其中，R1、R2各自独立地选自1～5个碳原子的烷基、1～5个碳原子的卤代烷基中的一种。


2.根据权利要求1所述的新型锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述添加剂A为具有如下化学式(2)或化学式(3)的化合物或两者的混合物：





3.根据权利要求1所述的新型锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述添加剂A的添加量为电解液总量的0.1～10％。


4.根据权利要求3所述的新型锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述添加剂A的添加量为电解液总量的0.5～3％。


5.根据权利要求1所述的新型锂离子电池用非水电解液，其特征在于，所述基础电解液包括电解质锂盐和非水有机溶剂，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金辉，熊俊俏，石谦，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技长沙有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43