一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池的制作方法

本发明属于锂电池，具体涉及一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池在目前商业化应用的二次电池中，具有最高的能量密度，因而被广泛地应用于移动电子、绿色交通、大型能源存储等场景。从1990年第一次商业化应用至今，锂离子电池产业保持了快速增长。锂离子电池凭借其能量密度高的特点，自其商业化产品出现起，迅速占领了移动电子储能产品的市场。近十年来，伴随着世界各国对能源安全和可持续能源发展的重视，锂离子电池作为一种重要的电化学储能器件被推上了科研和产业化发展的快车道。

2、目前，商品化锂离子电池所采用的电解液由有机溶剂以及溶于其中的lipf6等锂盐所组成。其中，有机溶剂通常是以介电常数大的碳酸乙烯酯(ec)为基础的二元或三元混合溶剂，其中，链状碳酸酯(碳酸二甲酯(dmc)；碳酸二乙酯(dec)；碳酸甲乙酯(emc)、羧酸酯或醚类为共溶剂。这些常用溶剂具有与锂盐的溶解性好、所组成的电解液电导率高、且能够在正负极形成稳定的sei膜等特点，因而被认为是电解液体系，特别是电动汽车电池电解液溶剂的最佳选择。不过这些溶剂的易燃特性，使得在电池的日常使用中，必须对电池的滥用加以限制。

3、当前，随着锂离子电池的应用越来越广泛，由于各种原因造成的电池滥用所导致的安全事故不时发生，使得公众对锂离子电池的应用产生了极大的安全焦虑。

4、锂离子电池防过充主要是防止电池因过充而导致电解液分解发热引发链式反应进而燃烧。在电解液中添加氧化聚合型添加剂，该添加剂在电池材料的工作电位范围内不会与电解液或电解液其它组分发生反应，而一旦正极电势高于正极材料的最大充电电势，该牺牲型添加剂会在材料表面形成一层致密的钝化膜，阻碍离子的迁移或电子的交换，使电池接近断路状态，从而在过充状态下电池失效而不至于因电压持续升高而导致电池燃烧。联苯过去一直被用做锂离子电池电解液中的防过充添加剂，其具有一定的防过充性能，但是会导致电池温度升高，并对电池的循环性能有一定影响。因此，市场亟待开发新的防过充添加剂替代联苯。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有防过充特性且能够提高锂离子电池的室温循环性能的非水电解液。

2、本发明的另一目的在于提供一种常温循环性能好，过充时温度升高不明显且一定程度上能够有效防过充的锂离子电池。

3、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

4、一种非水电解液，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括具有通式(1)所示结构的2-苯基-苯并噻唑及其衍生物，

5、

6、其中，r1、r2和r3独立地为h、卤素原子或烷基。

7、优选地，r1、r2和r3独立地为h、cl、f、c1～c4直链烷基或叔丁基。

8、优选地，r1、r2和r3独立地为h、cl或f。

9、优选地，所述的添加剂包括以下化合物中的一种或多种：

10、

11、优选地，所述的通式(1)所示结构的2-苯基-苯并噻唑及其衍生物占所述的非水电解液的总质量的0.1～10wt％。

12、进一步优选地，所述的通式(1)所示结构的2-苯基-苯并噻唑及其衍生物占所述的非水电解液的总质量的0.1～5wt％。当添加剂的投料量在适宜的范围内时，能够有效防过充，并且对电池的室温循环性能影响较小。

13、优选地，所述的有机溶剂包括环状酯和/或链状酯，所述的环状酯为γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或几种；所述的链状酯为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、氟代丙酸甲酯、氟代丙酸乙酯、氟代乙酸乙酯中的一种或几种。

14、进一步优选地，所述的有机溶剂为环状酯和链状酯的混合，其中，所述的环状酯与所述的链状酯以质量比为1：(1～2.5)进行混合。

15、更进一步优选地，所述的环状酯与所述的链状酯以质量比为1：(1.5～2)进行混合。

16、优选地，所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、无水高氯酸锂、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、二氟二草酸磷酸锂、二氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、二氟二草酸磷酸锂、二草酸硼酸锂、单草酸双氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或者几种。

17、优选地，所述的锂盐的浓度为0.6～1.5mol/l。

18、进一步优选地，所述的锂盐的浓度为0.8～1.3mol/l。

19、一种锂离子电池，其包括正极、负极和电解液，所述的电解液为所述的非水电解液。

20、优选地，所述的正极为钴酸锂材料。

21、优选地，所述的负极为石墨材料。

22、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

23、本发明中的具有通式(1)所示结构的2-苯基-苯并噻唑及其衍生物在锂离子电池过充时能够在正极表面形成钝化膜，防止电池电压在过充过程中进一步升高，该添加剂还使电解液在过充时温度升高较慢，而且该添加剂的加入不仅不会影响锂离子电池的室温循环性能，甚至可以提升锂离子电池的室温循环性能，从而有效避免了电池过充所带来的安全隐患。

技术特征：

1.一种非水电解液，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述的添加剂包括具有通式(1)所示结构的2-苯基-苯并噻唑及其衍生物，

2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，r1、r2和r3独立地为h、cl、f、c1～c4直链烷基或叔丁基。

3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，r1、r2和r3独立地为h、cl或f。

4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述的添加剂包括以下化合物中的一种或多种：

5.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述的通式(1)所示结构的2-苯基-苯并噻唑及其衍生物占所述的非水电解液的总质量的0.1～10wt％。

6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述的有机溶剂包括环状酯和/或链状酯，所述的环状酯为γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或几种；所述的链状酯为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、氟代丙酸甲酯、氟代丙酸乙酯、氟代乙酸乙酯中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、无水高氯酸锂、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、二氟二草酸磷酸锂、二氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、二氟二草酸磷酸锂、二草酸硼酸锂、单草酸双氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或者几种。

8.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述的锂盐的浓度为0.6～1.5mol/l。

9.一种锂离子电池，其包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述的电解液为权利要求1至8中任一项所述的非水电解液。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述的正极为钴酸锂材料，所述的负极为石墨材料。

技术总结
本发明涉及一种非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。为了解决现有技术中电池过充所带来的安全隐患的技术问题，本发明提供一种非水电解液，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括2‑苯基‑苯并噻唑及其衍生物，其在锂离子电池过充时能够在正极表面形成钝化膜，防止电池电压在过充过程中进一步升高，该添加剂使电解液在过充时温度升高较慢，而且该添加剂的加入不仅不会影响锂离子电池的室温循环性能，甚至可以提升锂离子电池的室温循环性能，从而有效避免了电池过充所带来的安全隐患。

技术研发人员：余林颇,赵鑫涛,徐凯辰,王志涛,刘春彦,甘朝伦
受保护的技术使用者：张家港市国泰华荣化工新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13