一种磺酸内酯电解液添加剂及其电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种磺酸内酯电解液添加剂及其电解液和锂离子电池，所述添加剂包括结构式(1)、结构式(2)中的至少一种；其中，式(1)和式(2)中的n＝1或2，R1和R2分别独立选自氢基、氟基、氟烷基(CF3或CF2CF3)或苯基。本发明专利技术以磺酸内酯为电解液添加剂，磺酸内酯骨架上的氟烷基和苯基削弱了溶剂和锂离子的相互作用，降低了锂离子在界面处的脱嵌能垒,有利于锂离子溶剂化和去溶剂化，同时氟烷基和苯基共同参与成膜，形成了稳定的SEI膜，改善电极

【技术实现步骤摘要】
一种磺酸内酯电解液添加剂及其电解液和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种磺酸内酯电解液添加剂及其电解液和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池自发展以来，由于其具有能量密度高、循环寿命长、工作范围宽、污染小等特点被广泛应用于消费类数码产品。近年来，随着智能化电子产品的快速发展，电池的续航时间短影响了用户体验，如何提升电池的续航时间成为业界十分关注的问题。目前，主要有两种策略提升用户体验，分别是快充技术的开发和高能量密度电池的开发。
[0003]对于高能量密度电池的开发，提升正极材料的上限电压可有效提升能量密度。由于正极材料上限电压的提升，一方面正极材料的结构稳定性变差，容易释放活性氧，氧化电解液释放气体。另一方面正极材料中的过渡金属元素(如镍、钴、锰等)会发生还原反应而溶出，沉积到负极表面的SEI膜，导致SEI膜破坏，进一步劣化电池的电化学性能，为了解决这些问题，研究人员向电解液中加入了各种各样的功能添加剂，例如SEI成膜添加剂、阻燃添加剂、HF捕获剂等，但效果甚微；因此，急需一种与电解液组分相容性能优良，同时可以形成稳定SEI膜的电解液。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种磺酸内酯电解液添加剂，均匀分散于电解液体系中，并且不增加电解液黏度，与电解液组分相容性能好，同时可以形成稳定SEI膜，从而有效提高电池的循环寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术的一种磺酸内酯电解液添加剂，所述添加剂包括如下结构式(1)、结构式(2)中的至少一种：
[0007][0008]其中，式(1)和式(2)中的n＝1或2，R1和R2分别独立选自氢基、氟基、氟烷基(CF3或CF2CF3)或苯基。
[0009]本专利技术的目的之二在于，提供一种电解液，能生成稳定的SEI膜，改善电极
‑
电解液界面的稳定性；本专利技术的电解液包括有机溶剂、电解质锂盐、辅助添加剂和前文所述的磺酸内酯电解液添加剂。
[0010]优选的，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸
二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙腈、丙二腈、戊二腈、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧五环、环丁砜、二甲亚砜中的至少一种。
[0011]优选的，所述电解质锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、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、三氟甲基磺酸锂中的至少一种。
[0012]优选的，所述电解质锂盐的浓度为0.6
‑
3.0mol/L。
[0013]优选的，所述辅助添加剂为碳酸亚乙烯基酯、乙烯基碳酸亚乙酯、乙烯基乙酸乙烯脂、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、1，3
‑
丙磺酸内酯、丙烯基
‑
1,3
‑
丙磺酸内酯、1,4
‑
丁磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯、六甲基二硅氮烷、氟代苯中的至少一种。
[0014]优选的，所述辅助添加剂的质量含量占所述电解液总质量的0.1
‑
3.0wt％。
[0015]优选的，所述磺酸内酯电解液添加的质量含量占所述电解液总质量的0.1
‑
2.0wt％。
[0016]本专利技术的目的之三在于：提供一种锂离子电池，本专利技术提供的一种锂离子电池，包括负极、正极、及设置在负极和正极之间的隔膜以及前文任意一项所述的电解液。
[0017]本专利技术的有益效果在于：以一定含量的磺酸内酯为电解液添加剂，磺酸内酯骨架上的氟烷基和苯基削弱了溶剂和锂离子的相互作用，降低了锂离子在界面处的脱嵌能垒,有利于锂离子溶剂化和去溶剂化，同时氟烷基和苯基共同参与成膜，形成了稳定的SEI膜，改善电极
‑
电解液界面的稳定性，提高电解液浸润性，从而有效提高电池的循环寿命。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种磺酸内酯电解液添加剂，该添加剂包括如下结构式(1)、结构式(2)中的至少一种：
[0020][0021]其中，式(1)和式(2)中的n＝1或2，R1和R2分别独立选自氢基、氟基、氟烷基(CF3或CF2CF3)或苯基，磺酸内酯自身的耦合或与氟烷基和苯基的共同作用，共同参与SEI膜的构建，诱导生成稳定的SEI膜，改善电极
‑
电解液界面的稳定性。此外，低极性的氟烷基与苯基
在与非极性隔膜和锂离子溶剂化结构中起到改善电解液的浸润性及弱化锂离子脱嵌能垒的作用。
[0022]根据本专利技术的第二方面，提供一种电解液，能生成稳定的SEI膜，改善电极
‑
电解液界面的稳定性；
[0023]本专利技术的电解液包括有机溶剂、电解质锂盐、辅助添加剂和前文所述的磺酸内酯电解液添加剂。
[0024]在根据本专利技术的一实施例中，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙腈、丙二腈、戊二腈、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧五环、环丁砜、二甲亚砜中的至少一种。
[0025]在根据本专利技术的一实施例中，电解质锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、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、三氟甲基磺酸锂中的至少一种。
[0026]在根据本专利技术的一实施例中，电解质锂盐的浓度为0.6
‑
3.0mol/L，例如可以为0.6mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1.0mol/L、1.3mol/L、1.6mol/L、1.8mol/L、2.3mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L、3.0mol/L。
[0027]在根据本专利技术的一实施例中，辅助添加剂为碳酸亚乙烯基酯、乙烯基碳酸亚乙酯、乙烯基乙酸乙烯脂、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、1，3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磺酸内酯电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括如下结构式(1)、结构式(2)中的至少一种：其中，式(1)和式(2)中的n＝1或2，R1和R2分别独立选自氢基、氟基、氟烷基(CF3或CF2CF3)或苯基。2.一种电解液，其特征在于，所述的电解液包括有机溶剂、电解质锂盐、辅助添加剂和权利要求1所述的磺酸内酯电解液添加剂。3.根据权利要求2所述的一种电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙腈、丙二腈、戊二腈、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧五环、环丁砜、二甲亚砜中的至少一种。4.根据权利要求2所述的一种电解液，其特征在于，所述电解质锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋柯晟，侯涛，计阳，李硕，张光辉，
申请(专利权)人：广州融捷能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：