一种非水电解液及锂离子电池制造技术

本申请涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种非水电解液及锂离子电池。为克服现有锂离子电池高温性能不佳的技术问题，本申请提供了一种非水电解液，包括溶剂、锂盐以及结构式1

【技术实现步骤摘要】
一种非水电解液及锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池
，具体涉及一种非水电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着人们对电动汽车和混合电动汽车的性能要求越来越高，动力电池性能尤其是高温性能面临更多的挑战。目前动力电池主要以锂离子电池为主，锂离子电池电芯主要由正极、负极、隔膜以及电解液组成。在锂离子电池充电过程中，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。在初始阶段，电解液成分会优先得电子，在碳负极表面反应产生Li2CO3、Li2O、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膜能够阻止电解液进一步在碳负极表面分解，而且起到锂离子导体作用，只允许锂离子通过。但是，在后续的锂离子电池的充放电循环过程中，电极可能会发生变化导致SEI膜发生破裂，这可能会致使负极再次暴露在电解液中并持续与电解液发生反应，在消耗电解液的同时产生气体，从而导致锂离子电池的内压增加，降低电池的循环寿命。电池在高温条件下储存或充电循环使用时，电极体积变化更为明显，SEI膜更容易发生破裂，从而导致锂离子电池在高温条件下的电化学性能下降更为明显。因此，SEI膜的质量严重影响锂离子电池的高温性能。
[0003]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的负极成膜剂，例如氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯等添加剂来改善SEI膜的质量，从而改善电池的各项性能。虽然现有的成膜添加剂能够改善电池的某一性能，但改善的程度有限，特别是高温循环性能和存储性能，仍然不能满足市场的需要，如何开发一种能够进一步提高高温循环性能和存储性能的添加剂是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有锂离子电池的高温循环和高温存储稳定性差的问题，本申请提供了一种非水电解液及电池。
[0005]本申请所采用的技术方案如下：
[0006]一方面，本申请提供了一种非水电解液，包括溶剂、锂盐以及结构式1
‑
1至结构式1
‑
3所示的至少一种双环化合物：
[0007][0008]其中，A选自羰基、C1
‑
C10的烃基、C1
‑
C10卤代烃基或C2
‑
C10含羰基的烃基，R1、R2、R3、R4各自独立地选自单键、C1
‑
C5的烃基或C1
‑
C5的卤代烃基；优选的，A选自羰基、C1
‑
C6的烃基、C1
‑
C6的卤代烃基或C2
‑
C6的含羰基的烃基，R1、R2、R3、R4各自独立地选自单键、C1
‑
C3的烃基或C1
‑
C3的卤代烃基。
[0009][0010]其中，X选自单键、羰基、C1
‑
C10的烃基、C1
‑
C10的卤代烃基或C2
‑
C10的含羰基的烃基，R1＇、R2＇、R3＇、R4＇各自独立地选自单键、C1
‑
C5的烃基或C1
‑
C5的卤代烃基；优选的，X选自单键、羰基、C1
‑
C6的烃基、C1
‑
C6的卤代烃基或C2
‑
C6的含羰基的烃基，R1＇、R2＇、R3＇、R4＇各自独立地选自单键、C1
‑
C3的烃基或C1
‑
C3的卤代烃基；
[0011][0012]其中，Y选自单键、羰基、C1
‑
C10的烃基、C1
‑
C10的卤代烃基或C2
‑
C10的含羰基的烃基，R1"、R2"、R3"、R4"各自独立地选自单键、C1
‑
C5的烃基或C1
‑
C5的卤代烃基；优选的，Y选自单键、羰基、C1
‑
C6的烃基、C1
‑
C6的卤代烃基或C2
‑
C6的含羰基的烃基，R1"、R2"、R3"、R4"各自独立地选自单键、C1
‑
C3的烃基或C1
‑
C3的卤代烃基。
[0013]采用结构式1
‑
1、结构式1
‑
2或结构式1
‑
3所示的双环化合物作为添加剂，能够在较小的添加量下对非水电解液在正负极上的成膜起到较大的改善作用，所成型的钝化膜具有较大的柔韧性，稳定性高，阻抗增长相对比较缓慢，提升了正负极材料在长期循环中的性能稳定性，延长了电池的循环寿命，同时，值得注意的是，相比于现有的一些常规添加剂，该钝化膜在高温下的稳定性尤其优异，因此，采用本申请提供的非水电解液，得到的电池特别适用于高温条件下的工作，提高了电池的环境适应性。
[0014]由于正负极上成膜机制较为复杂，对于结构式1
‑
1至结构式1
‑
3所示的双环化合物对于钝化膜的性能提升的机理并不十分明确，但其作用机理推测认为：1、所述结构式1
‑
1至1
‑
3所示的双环化合物能够在负极上发生还原反应开环生成多价阴离子自由基，多价阴离子自由基进一步发生反应形成较大分子量的多价盐，多价盐会在负极表面形成规整的网状结构SEI膜，该SEI膜表面具有较大的柔韧性，即使高温下SEI膜也不容易破裂，阻抗增加也相对比较缓慢，能有效减少电解液溶剂在负极上发生分解，减少气体的产生，从而提高锂离子电池在高温条件下的电化学性能；2、多价阴离子自由基进一步发生反应形成较大分子量的多价盐，多价盐具有更好的耐氧化特性，减缓电解液的氧化进程，能够显著提升锂离子电池的高温循环性能以及高温储存性能；3、所述结构式1
‑
1至1
‑
3所示的双环化合物，由于两个环状结构没有共享碳原子，从而减少极性基团对称分布的方式，减少电荷在分子中对称分布的可能性，从而使其相对于拥有更高对称性的分子更易与锂离子配位，并伴随其在电场作用下优先到达负极还原，有助于电极表面能够形成更稳固的SEI膜，改善锂离子电池的高温性能。
[0015]需要说明的是，在A、X、Y选自烃基或卤代烃基的情况下，烃基可以是直链烃基、支链烃基或环状烃基。在R1、R2、R3、R4、R1＇、R2＇、R3＇、R4＇及R1"、R2"、R3"、R4"各自独立地选自烃基或卤代烃基的情况下，烃基同样可以是直链烃基、支链烃基或环状烃基。在A、X、Y或R1、R2、R3、R4、R1＇、R2＇、R3＇、R4＇、R1"、R2"、R3"、R4"选自卤代烃基时，优选氟代烃基。
[0016]优选的，所述结构式1
‑
1所示的双环化合物选自以下化合物中的一种或多种：
[0017][0018][0019][0020]所述结构式1
‑
2所示的双环化合物选自以下化合物中的一种或多种：
[0021][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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
‑
1至结构式1
‑
3所示的双环化合物中的至少一种：其中，A选自羰基、C1
‑
C10的烃基、C1
‑
C10的卤代烃基或C2
‑
C10的含羰基的烃基，R1、R2、R3、R4各自独立地选自单键、C1
‑
C5的烃基或C1
‑
C5的卤代烃基；其中，X选自单键、羰基、C1
‑
C10的烃基、C1
‑
C10的卤代烃基或C2
‑
C10的含羰基的烃基，R1＇、R2＇、R3＇、R4＇各自独立地选自单键、C1
‑
C5的烃基或C1
‑
C5的卤代烃基；其中，Y选自单键、羰基、C1
‑
C10的烃基、C1
‑
C10的卤代烃基或C2
‑
C10的含羰基的烃基，R1"、R2"、R3"、R4"各自独立地选自单键、C1
‑
C5的烃基或C1
‑
C5的卤代烃基。2.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
‑
1所示的双环化合物选自以下化合物中的一种或多种：
所述结构式1
‑
2所示的双环化合物选自以下化合物中的一种或多种：
所述结构式1
‑
3所示的双环化合物选自以下化合物中的一种或多种：
3.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总质量为100％计，所述双环化合物的质量百分比为0.01％
‑
5.0％。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环状硫酸酯类化合物、环状磺酸酯类化合物、环状碳酸酯类化合物、不饱和磷酸酯类化合物和腈类化合物中的至少一种。5.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述环状硫酸酯类化合物选自硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯或甲基硫酸乙烯酯中的至少一种；
所述环状磺酸酯类化合物选自1,3
‑
丙烷磺内酯、1,4
‑
丁烷磺内酯或1,3
‑
丙烯磺内酯中的至少一种；所述环状碳酸酯类化合物选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯或结构式2所示化合物中的至少一种，所述结构式2中，R
21
、R
22
、R
23
、R
24
、R
25
、R
26
各自独立地选自氢原子、卤素原子、C1
‑
C5基团中的一种；所述不饱和磷酸酯类化合物选自结构式3所示化...

【专利技术属性】
技术研发人员：向书槐，周忠仓，易洋，胡时光，
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：