[发明专利]锂离子二次电池的非水有机电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非水电解液，尤其涉及一种锂离子二次电池的非水有机电解液及其制备方法。

背景技术

目前，锂离子二次电池已经成熟应用于手机、相机和笔记本电脑等便携式电子产品中。但随着应用领域的扩展，包括近年来新的高能量正极材料的研发应用，特别是大型储能电站、高温基站备电等新的应用场景的出现，对锂离子二次电池提出了新的需求，迫切需要更高能量的锂离子二次电池，并且高能量电池在高电压满充电时需要保持长期良好的高温存储特性和高安全性。

锂离子二次电池采用的电解液主要包括环状碳酸酯和链状碳酸酯组成的混合有机溶剂。该混合溶剂在锂离子二次电池最初的充电过程中在阴极的含碳材料表面发生反应，而且反应产物沉积在阴极表面上形成钝化膜（Solid electrolyte Interphase，SEI），该钝化膜可以阻止电解液继续在阴极表面分解反应，防止锂离子二次电池性能的进一步恶化。

由于碳酸酯的混合溶剂在高温下化学稳定性变差，容易发生酯交换反应，且高电压下碳酸酯混合溶剂电化学稳定性变差，容易在正极材料表面发生氧化反应，在负极材料表面发生还原反应。特别是锂离子二次电池在对锂电位4.5V以上高电压下，其高温存储特性将变差，尤其是环状碳酸酯碳酸亚乙酯(EC)容易在负极还原、正极氧化是锂离子二次电池高温存储性能变差的原因。此外，当锂离子二次电池在高电压下长时间高温（45度-60度）存储时，随着时间的推移SEI形成的保护膜逐渐被破坏，在这种情况下，电解液中的碳酸酯溶剂与因SEI的破坏而暴露的阴极表面反应，造成连续的副反应，这些副反应不断地产生气体，会引起锂离子二次电池内部压力增加，使锂离子二次电池膨胀。

此外，锂离子二次电池有机电解液中所用的碳酸酯溶剂一般闪点低，具有很高的可燃性，特别是链状碳酸酯蒸汽压更低、闪点更低，在对锂电位4.5V以上高电压下长时间高温（45度-60度）存储时很容易发生安全性问题。

综上所述，如何提高锂离子二次电池的有机电解液的高压稳定性和高温安全性，降低锂离子二次电池在长时间高温存储中的容量损失是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种锂离子二次电池的非水有机电解液及其制备方法，用于锂离子二次电池，能够有效的提高锂离子二次电池的高压稳定性和高温安全性，同时，能够有效的降低锂离子二次电池在长时间高温存储中的容量损失，改善锂离子二次电池的整体性能。

本发明实施例中的锂离子二次电池的非水有机电解液的组分包括：

非水有机电解液溶剂、锂盐、添加剂；

所述非水有机电解液溶剂包括：γ-丁内酯、饱和环状酯化合物；

所述添加剂包括：不饱和环状酯化合物、砜类化合物；

其中，所述饱和环状酯化合物为式（1）所示的化合物中的至少一种，所述不饱和环状酯化合物为式（2）所示化合物中的至少一种，具体的：

式（1）中，X1选自碳基、硫基或者磷基，Y1选自氧基、甲基或者乙基，R1、R2、R3、R4分别独立的选自氢基、卤素、氰基、硝基和具有一个碳到六个碳的部分卤代或者全卤代的碳链或者醚类基团；

式（2）中，X2选自碳基、硫基或者磷基，Y2选自氧基、甲基或者乙基，R5和R6独立地选自氢基、卤素、氰基、硝基和具有一个碳到六个碳的部分卤代或者全卤代的碳链或者醚类基团。

本发明实施例中的锂离子二次电池的非水有机电解液的制备方法包括：

将γ-丁内酯、饱和环状酯化合物分别纯化除水后混合，得到非水有机电解液溶剂；

将锂盐溶解在所述非水有机电解液溶剂中，得到基体电解液；

将添加剂加入所述基体电解液，得到非水有机电解液，所述添加剂包括：砜类化合物及不饱和环状酯化合物；

其中，饱和环状酯化合物为式（1）所示的化合物中的至少一种，不饱和环状酯化合物如式（2）所示的化合物中的至少一种；

式（1）中，X1选自碳基、硫基或者磷基，Y1选自氧基、甲基或者乙基，R1、R2、R3、R4分别独立的选自氢基、卤素、氰基、硝基和具有一个碳到六个碳的部分卤代或者全卤代的碳链或者醚类基团；

式（2）中，X2选自碳基、硫基或者磷基，Y2选自氧基、甲基或者乙基，R5和R6独立地选自氢基、卤素、氰基、硝基和具有一个碳到六个碳的部分卤代或者全卤代的碳链或者醚类基团。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：