一种电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种电解液及锂离子电池，该电解液包括：有机溶剂、锂盐，以及结构式为的硫酸乙烯酯衍生物，由于硫酸乙烯酯衍生物的加入，能降低低温环境下电解液粘度，解决了低温型锂电池的放电容量少和循环寿命短问题。电容量少和循环寿命短问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池领域，尤其涉及一种电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池在航空、航天等军用领域的应用日益受到重视。锂离子电池也被称为第三代航天电源，各国都在开展锂离子电池在空间领域的应用研究和评估。我国正在实施的宇宙飞行、登月计划等太空探索工程也都需要使用高性能的储能电源，特别是低温锂电池。同时，在过去的几年里，新能源汽车行业在国家的大力推动下渗透率快速提升，维持着行业的持续高景气度，而新能源汽车用动力电池与动力电解液紧密相连。随着新能源汽车不断发展，对动力电池的性能也提出了更多的要求。因此，低温锂电池技术已成为电池领域的主要研究热点。
[0003]目前，锂离子电池在低温环境下的容量保持率非常低，容量衰减的主要原因之一是由于锂离子在电解液中迁移的缓慢造成的。而锂离子迁移缓慢的原因是低温下电解液的粘度增加，导致锂离子在各体相界面、晶体界面电荷转移速率变慢等。而电解液的组成是决定这些性能的主要因素之一。因此，在改善锂离子电池低温性能方面工作重点是通过添加功能化添加剂降低电解液的粘度，改善电极材料表面SEI膜，降低低温下各表界面的膜阻抗和电荷传递阻抗，提高锂离子在电极材料中的扩散速度。
[0004]现有技术中，通过链状和环状溶剂的搭配、成膜添加剂的选择，改善电解液在低温下的粘度和离子电导率，使得采用该电解液的锂离子电池在低温下表现出高的放电容量和长的循环寿命。但是其在
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20℃下放电容量保持率仍小于45％，低温性能较差，还不能满足低温环境下市场的使用需求。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供一种电解液及锂离子电池，该电解液由于硫酸乙烯酯衍生物的加入，能降低低温环境下电解液粘度，解决了低温型锂电池的放电容量少和循环寿命短问题。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供一种电解液，该电解液包括：有机溶剂、锂盐以及式1所示的硫酸乙烯酯衍生物；
[0008][0009]式1中，R1为F、Cl、Br和H中的一种，R2为烷基和烷氧基中的一种。
[0010]优选的，式1所示化合物为以下式2化合物、式3化合物和式4化合物中的一种：
[0011][0012][0013]本专利技术所述的硫酸乙烯酯衍生物的合成方法，包括：
[0014][0015]步骤1：将硫酸乙烯酯与式5化合物混合，在0℃下慢慢滴加式6化合物和占半成品
硫酸乙烯酯5mol％的铂催化剂；
[0016]步骤2：将步骤1得到的混合液加热反应，反应完成后通过减压蒸馏得到式1化合物。
[0017]优选的，所述的硫酸乙烯酯衍生物占电解液质量的0.05％～10％，更优选为0.5％～1％。
[0018]优选的，所述的有机溶剂为碳酸酯、羧酸酯、醚和砜中的一种或几种，当使用两种或两种以上的有机溶剂时，它们可以采用任意重量比例。
[0019]所述的碳酸酯优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚丁基酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或几种；所述的羧酸酯优选为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁酸甲酯和丁酸乙酯中的一种或几种；所述的醚优选为二乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、1，2
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二甲氧基乙烷、四氢呋喃和1，3
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二氧戊环中的一种或几种；所述的砜为二甲亚砜、二甲基砜和环丁砜中的一种或几种。
[0020]所述的锂盐优选为LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiCH3SO3、LiSCN、LiNO3、LiO3SCF2CF3、LiBF4和LiAlCl4中的一种或几种。
[0021]优选的，在电解液中锂盐浓度为0.8～1.4mol/L，优选0.9～1.2mol/L。
[0022]优选的，电解液中还可以加入成膜添加剂，所述的成膜添加剂优选为硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3
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磺酸丙内酯、1，4
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磺酸丁内酯、LiBOB和LiODFB中的一种或几种，成膜添加剂占电解液总质量的0.05％～5％，优选0.8％～1.0％。
[0023]本专利技术还提供包含上述电解液的锂离子电池。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0025]本专利技术电解液中加入硫酸乙烯酯衍生物，硫酸乙烯酯衍生物由环状的硫代乙烯酯单一结构连接硅烷得到，该化合物中含S的双键在负极具有高还原电位，而硅烷化合物能够抑制表面硅醇与锂盐的反应，稳定界面，两者的协同，使得电解液在低温环境下具有更低的粘度，并抵抗化学侵蚀，提高稳定性。
[0026]进一步的，通过添加成膜添加剂，可以在组装电池后进一步形成稳定的SEI膜，提高电池性能。
[0027]采用本专利技术的电解液组装的锂电池在低温环境下具有较高的放电容量，较优的循环性能，解决了低温型锂电池的放电容量少和循环寿命短问题。
具体实施方式
[0028]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术进行描述，这些描述只是进一步解释本专利技术的特征和优点，并非用于限制本专利技术的权利要求。
[0029]本专利技术所述的硫酸乙烯酯衍生物的合成过程介绍如下。
[0030]制备例1
[0031]步骤1：将二氯甲烷400mL加入三口烧瓶中，然后加入亚硫酸乙烯酯10g、30％质量浓度的双氧水26g，混合均匀。
[0032]步骤2：在步骤1的混合物中加入钛硅分子筛催化剂3.2g。
[0033]步骤3：将步骤2得到的混合液在35℃恒温下搅拌反应5h。
[0034]步骤4：将步骤3得到的反应液静置分液，一次有机层加入500g水洗10min，再静置分液，得到二次有机层物质后减压蒸出有机溶剂，剩余液体结晶过滤干燥，得到半成品硫酸乙烯酯。
[0035]步骤5：将步骤4得到的半成品硫酸乙烯酯与二甲基氯硅烷按照1:1的质量比称取，在0℃下慢慢滴加至丙烯腈4.8g和5mol％铂催化剂中。
[0036]步骤6：将步骤5得到的混合液在50℃加热反应16h，直接通过减压蒸馏得到式2化合物。
[0037]制备例2
[0038]步骤1：将二氯甲烷400mL加入三口烧瓶中，然后加入亚硫酸乙烯酯10g、30％质量浓度的双氧水26g，混合均匀。
[0039]步骤2：在步骤1的混合物中加入钛硅分子筛催化剂3.2g。
[0040]步骤3：将步骤2得到的混合液在35℃恒温下搅拌反应5h。
[0041]步骤4：将步骤3得到的反应液静置分液，一次有机层加入500g水洗10min，再静置分液，得到二次有机层物质后减压蒸出有机溶剂，剩余液体结晶过滤干燥，得到半成品硫酸乙烯酯。
[0042]步骤5：将步骤4得到的半成品硫酸乙烯酯与二甲基氟硅烷按照1:1的质量比称取，在0℃下慢慢滴加至丙烯腈4.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括：有机溶剂、锂盐以及式1所示的硫酸乙烯酯衍生物：式1中，R1为F、Cl、Br或H，R2为烷基或烷氧基。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，式1所示的硫酸乙烯酯衍生物为以下式2化合物、式3化合物和式4化合物中的一种：3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的硫酸乙烯酯衍生物占电解液质量的0.05％～10％。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的有机溶剂为碳酸酯、羧酸酯、醚和砜中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述的碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚丁基酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或几种；所述的羧酸酯为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁酸甲酯和丁酸乙酯中的一种或几种。6.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述的醚为二乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、1，2
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【专利技术属性】
技术研发人员：尤春琴，赵振，袁丽只，朱小宁，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：