一种非水电解液及锂离子电池制造技术

为克服现有锂离子电池存在高温循环性能、高温存储性能以及低温性能不足的问题，本发明专利技术提供了一种非水电解液，包括溶剂、锂盐以及结构式1所示的化合物；R

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种非水电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其工作电压高、安全性高、长寿命、无记忆效应等特点，被广泛应用于便携式电子产品、笔记本、电动汽车及储能等的电源。由于电子产品及电动汽车的使用环境温度差别较大，尤其是在炎热的夏天及寒冷的冬天使用，所以要求电源能够兼顾高低温性能。在非水电解液锂离子电池中，非水电解液是影响电池高低温性能的关键因素，特别地，非水电解液中的添加剂对电池高低温性能的发挥尤其重要。在锂离子电池初始充电过程中，电池正极材料中的锂离子脱嵌出来，通过电解液嵌入碳负极中。由于其高反应性，电解液在碳负极表面反应产生Li2CO3、LiO、LiOH等化合物，从而在负极表面形成钝化膜，该钝化膜称为固体电解液界面膜(SEI)。在初始充电过程中形成的SEI膜，不仅阻止电解液进一步在碳负极表面分解，而且起到锂离子隧道作用，只允许锂离子通过。因此，SEI膜决定了锂离子电池性能的好坏。为了提高锂离子电池的各项性能，许多科研者通过往电解液中添加不同功能的添加剂(如负极成膜添加剂、正极保护添加剂等)来改善电极与电解液界面兼容性，从而改善电池的各项性能。例如通过在电解液中添加负极成膜添加剂碳酸亚乙烯酯来提高电池的循环特性。碳酸亚乙烯酯能够优先于溶剂分子在负极表面发生还原分解反应，能在负极表面形成钝化膜，阻止电解液在电极表面进一步分解，从而提高电池的循环性能。但添加碳酸亚乙烯酯后，电池在高温储存中过程中容易产生气体，导致电池发生鼓胀。此外，碳酸亚乙烯酯形成的钝化膜阻抗较大，尤其在低温条件下，容易发生低温充电析锂，影响电池安全性。日本专利JP2007073318A中通式2公开了一种具有对称双磺酸酯基的锂离子电池电解液添加剂；中国专利CN102099956B中通式(Ⅰ)公开了一种具有酯基和磺酸酯基的锂离子电池电解液添加剂，且酯基和磺酸酯基中的-O-均与位于中间的X连接；中国专利CN102640344B中化学式23公开了一种具有对称双酯基的锂离子电池电解液添加剂。上述电解液添加剂虽然能够一定程度上提高电池在常温下的循环性能，但其高低温存储和循环性能上仍存在较大的不足，无法兼顾锂离子电池的高低温性能。
技术实现思路
针对现有锂离子电池存在高温循环性能、高温存储性能以及低温性能不足的问题，本专利技术提供了一种非水电解液及锂离子电池。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种非水电解液，包括溶剂、锂盐以及结构式1所示的化合物；R1-X1-O-R2-X2-O-R3结构式1其中，R1和R3各自独立地选自碳原子数为1-6的烃基、卤代烃基、含硅烃基或含氰基烃基、碳原子数为3-8的环烃基或卤代环烃基、碳原子数为6-12的芳基或卤代芳基；X1和X2各自独立地选自羰基或砜基且X1和X2不同为羰基；R2选自碳原子数为1-5的亚烷基、碳原子数为4-8的亚烯基或碳原子数为4-8的亚炔基。专利技术人通过实验意外发现：相比于现有公开的酯基和/或磺酸酯基对称设置的电解液添加剂，在非水电解液中加入结构式1所示的化合物作为添加剂能够对锂离子电池的高低温性能具有较大的提升，推测是由于酯基和磺酸酯基均为吸电子基团，其在不同的键连接位置上具有不同的电子云密度，从而影响其吸电子诱导效应，当将酯基和/或磺酸酯基分别设置于中间基团R2的两侧时，两侧的酯基和/或磺酸酯基中-O-均朝向或均背离中间基团R2时会导致对中间基团R2产生太强或太弱的吸电子诱导效应，而本专利技术提供的结构式1具有较为均衡的吸电子诱导效应，能够在电极表面发生分解反应形成稳定的钝化膜而抑制溶剂分子及锂盐进一步分解反应，从而改善电池的高温性能。此外，由于形成的钝化膜阻抗小，有利于锂离子的传导，从而改善电池的低温性能。可选的，以所述非水电解液的质量为100％计，所述结构式1所示的化合物的质量百分含量为0.1％～10％。可选的，所述结构式1所示的化合物选自如下化合物中的一种或多种：可选的，所述非水电解液还包括不饱和环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯、环状磺酸内酯和环状硫酸酯中的一种或多种。可选的，所述饱和环状碳酸酯包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和亚甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述氟代环状碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯和双氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述环状磺酸内酯包括1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯和丙烯基-1,3-磺酸内酯中的一种或多种；所述环状硫酸酯包括硫酸乙烯酯和4-甲基硫酸乙烯酯中的一种或多种。所述非水电解液中，不饱和环状碳酸酯的含量为0％-5％；氟代环状碳酸酯的含量为0％-30％；环状磺酸内酯的含量为0％-5％；环状硫酸酯的含量为0％-5％。可选的，所述溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物。可选的，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的一种或多种。可选的，所述锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiN(SO2CF3)2和LiN(SO2F)2中的一种或多种。另一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极、负极以及如上所述的非水电解液。可选的，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料选自LiNixCoyMnzL(1-x-y-z)O2、LiCox’L(1-x’)O2、LiNix”L’y’Mn(2-x”-y’)O4、Liz’MPO4中的至少一种，其中，L为Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si或Fe中的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0＜x+y+z≤1，0<x’≤1，0.3≤x”≤0.6，0.01≤y’≤0.2，L’为Co、Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Zr、Zn、Si、Fe中的至少一种；0.5≤z’≤1，M为Fe、Mn、Co中的至少一种。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种非水电解液，包括溶剂、锂盐以及结构式1所示的化合物；R1—X1—O-R2-X2-O-R3结构式1其中，R1和R3各自独立地选自碳原子数为1-6的烃基、卤代烃基、含硅烃基或含氰基烃基、碳原子数为3-8的环烃基或卤代环烃基、碳原子数为6-12的芳基或卤代芳基；X1和X2各自独立地选自羰基或砜基且X1和X2不同为羰基；R2选自碳原子数为1-5的亚烷基、碳原子数为4-8的亚烯基或碳原子数为4-8的亚炔基。具体的，所述结构式1所示的化合物可选自如下结构式2～4所示的化合物：其中，R5～R12各自独立地选自碳原子数为1-6的烃基或卤代烃基、含硅烃基或含氰基烃基、碳原子数为3-8的环烃基或卤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解液，其特征在于，包括溶剂、锂盐以及结构式1所示的化合物；/nR

【技术特征摘要】
1.一种非水电解液，其特征在于，包括溶剂、锂盐以及结构式1所示的化合物；
R1-X1-O-R2-X2-O-R3
结构式1
其中，R1和R3各自独立地选自碳原子数为1-6的烃基、卤代烃基、含硅烃基或含氰基烃基、碳原子数为3-8的环烃基或卤代环烃基、碳原子数为6-12的芳基或卤代芳基；X1和X2各自独立地选自羰基或砜基且X1和X2不同为羰基；R2选自碳原子数为1-5的亚烷基、碳原子数为4-8的亚烯基或碳原子数为4-8的亚炔基。


2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，以所述非水电解液的质量为100％计，所述结构式1所示的化合物的质量百分含量为0.1％～10％。


3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述结构式1所示的化合物选自如下化合物中的一种或多种：








4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液还包括不饱和环状碳酸酯、氟代环状碳酸酯、环状磺酸内酯和环状硫酸酯中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述饱和环状碳酸酯包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和亚甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种；
所述氟代环状碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯和双氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种；
所述环状磺酸内酯包括1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯和丙烯基-1,3-磺酸内酯中的一种或多种；
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹朝伟，胡时光，陈群，黄佳豪，贠娇娇，熊得军，石桥，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44