一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、近年来，在市场和政策的双重推动下，新能源行业得到了快速的发展。锂离子电池作为新能源领域的一个重要方向，它相比较于传统的二次充电技术具有能量密度高、循环寿命长以及环保无污染等明显的优势，已经在动力汽车、储能、数码产品等领域占有绝对主导的作用。

2、随着市场对具有更高能量密度和更长循环寿命的锂离子电池的发展需求，使用高比容量的材料来替换传统负极材料是提升电池能量密度的一种有效手段。硅材料由于其超高的理论比容量，在完全嵌锂时，形成的li4.4si的理论比容量高达4200ma·h·g-1，同时其具有适宜的工作电压、丰富的储量和较好的安全性，在电池负极材料方面具有很大的潜力。

3、将高镍正极与硅碳复合负极配对可以为汽车应用提供高能量密度的锂离子电池。高镍正极材料一般选择具有更高可逆容量和更低成本的高镍层状氧化物材料，负极材料选择高理论容量且结构稳定性较优的硅碳复合材料，如ncm811电池。

4、但是，相较于负极材料的石墨和钛酸锂，这种电池具有高氧化性，而且单质硅在充放电过程中体积变化高达300％，较大的体积变化易引起电极颗粒粉化和活性物质脱落，从而导致电池循环寿命差。

5、目前使用最多的是，通过在锂离子电池电解液增加添加剂，在电极表面形成固体电解质膜，即sei膜，稳固电极表面，从而增加电极材料的循环寿命。

6、因此，在本领域，期望开发一种能够解决锂离子电池中固体电解质界面膜不稳定、在长循环过程中容量保持率低等问题的电解液。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有利于提高电池的循环性能的锂离子电池非水电解液及锂离子电池。

2、本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池非水电解液，所述电解液包括电解质锂盐、有机溶剂和复合功能添加剂。

3、所述复合功能添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯和新型添加剂，所述新型添加剂包括如式1所示的化合物a和/或如式2所示的化合物b。

4、

5、其中，r1、r2、r3各自独立地选自任选取代的c1～c6的烷基或三氟甲磺酸酯基；

6、r4为任选取代的c1～c6的烷基或任选取代的c1～c6的烯烃基；

7、r5、r6各自独立地选自氢、任选取代的c1～c6的烷基、任选取代的c3～c9的环烷基、任选取代的c1～c6的烯烃基、任选取代的c1～c6的烷氧基或任选取代的c1～c6的烯氧基。

8、优选地，以所述电解液的总质量为100％计，所述新型添加剂的质量百分含量为0.5％～7％。

9、优选地，所述新型添加剂包括化合物a和化合物b。

10、优选地，所述化合物a和化合物b的质量比为0.8～1.5:1。

11、优选地，r1、r2、r3各自独立地选自-ch3、-ch2ch3、-ch(ch3)2、-c(ch3)3、-ch2ch(ch3)2、-ch(ch3)2ch(ch3)2或三氟甲磺酸酯基中的任意一种。

12、优选地，r4选自-ch3、-ch2ch3、-ch2ch2ch3、-ch(ch3)2、-c(ch3)3或-ch2ch2ch＝ch2中的任意一种。

13、优选地，r5、r6各自独立地选自-ch3、-ch2ch3、-(ch2)3ch3、-(ch2)4ch3、-ch＝ch2、-ch2ch＝ch2、-(ch2)2ch＝ch2、-och3或-och2ch＝ch2中的任意一种。

14、优选地，所述化合物a包括如下所示的化合物中的至少一种；

15、

16、优选地，所述化合物b包括如下所示的化合物中的至少一种；

17、

18、

19、优选地，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双-(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟代磺酰)亚胺锂、二氟磷酸锂或二氟双草酸磷酸锂中的一种或几种；

20、优选地，所述电解质锂盐的质量百分含量为10％～50％。

21、优选地，所述有机溶剂包括碳酸酯、卤代碳酸酯、羧酸酯、丙酸酯、氟醚、芳香烃或卤代芳烃中的一种或几种；

22、优选地，所述电解液中有机溶剂的质量百分含量为30％～85％。

23、优选地，所述复合功能添加剂的质量百分含量为1％～15％。

24、优选地，氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯和硫酸乙烯酯的质量比为4.5:2:1。

25、本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上所述的锂离子电池非水电解液。

26、本发明的有益效果包括：

27、采用含硅基的三氟甲磺酸酯化合物a和/或含烯烃的硅氧烷类化合物b作为新型添加剂，化合物a和化合物b均可与氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯和硫酸乙烯酯优先成膜，在硅碳负极形成一层厚度均匀、高机械强度的sei膜，来抑制硅碳负极的体积膨胀，提升电池高温存储后的容量保持率和抑制电池高温产气，使sei膜具备良好的热力学稳定性和电化学稳定性，通过添加能够优化电极界面，同时能够改善电极/电解液界面膜的性质，在界面处形成结构致密的sei膜，减少界面间的阻抗，抑制过渡金属的溶出，使电池具有优良的常温循环稳定性和高温循环稳定性。使用本发明所述电解液的锂离子电池的常温循环1000次的容量保持率可达到76％以上，高温循环800次的容量保持率可达到74％以上。

技术特征：

1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述电解液包括电解质锂盐、有机溶剂和复合功能添加剂；

2.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，以所述电解液的总质量为100％计，所述新型添加剂的质量百分含量为0.5％～7％；

3.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，r1、r2、r3各自独立地选自-ch3、-ch2ch3、-ch(ch3)2、-c(ch3)3、-ch2ch(ch3)2、-ch(ch3)2ch(ch3)2或三氟甲磺酸酯基中的任意一种。

4.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，r4选自-ch3、-ch2ch3、-ch2ch2ch3、-ch(ch3)2、-c(ch3)3或-ch2ch2ch＝ch2中的任意一种；

5.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述化合物a包括如下所示的化合物中的至少一种；

6.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述化合物b包括如下所示的化合物中的至少一种；

7.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双-(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟代磺酰)亚胺锂、二氟磷酸锂或二氟双草酸磷酸锂中的一种或几种；

8.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括碳酸酯、卤代碳酸酯、羧酸酯、丙酸酯、氟醚、芳香烃或卤代芳烃中的一种或几种；

9.如权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述复合功能添加剂的质量百分含量为1％～15％；

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1-9中任一项所述的锂离子电池非水电解液。

技术总结
本发明提供了一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。所述锂离子电池非水电解液采用如式1所示的化合物A和/或如式2所示的化合物B作为新型添加剂，化合物A和化合物B均可与氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯和硫酸乙烯酯优先成膜，在硅碳负极形成一层结构致密、厚度均匀、高机械强度的SEI膜，使SEI膜具备良好的热力学稳定性和电化学稳定性，对于减少界面间的阻抗，抑制过渡金属的溶出，使电池具有优良的常温循环稳定性和高温循环稳定性。使用本发明所述电解液的锂离子电池的常温循环1000次的容量保持率可达到76％以上，高温循环800次的容量保持率可达到74％以上。

技术研发人员：乔顺攀,卢胜娟,赵京伟,顿温新,王艳杰,孙春胜,朱少华,汪羽凡,刘宏,赵倩慧,张和平,杨欢,王靖
受保护的技术使用者：香河昆仑新能源材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16