[发明专利]非水电解液及其制备方法以及一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池制备领域，具体涉及一种非水电解液及其制备方法以及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其具有优良的特性(工作电压高、比容量高、循环寿命长、与环境友好以及无记忆效应)而成为目前发展最快亦最受重视的新型高能蓄电池。锂离子电池在结构上主要由正、负电极材料，以及含有锂盐的非水电解液组成。

锂离子电池有机电解质发展至今，应用最广泛的是将导电锂盐LiPF₆溶解在有机碳酸酯溶剂中，如：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙稀酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等混合溶剂。锂离子电池所采用的负极材料主要分为两类：一类是可脱嵌锂的金属化合物(金属单质、氧化物及锂的合金等)，另一类是碳素材料，如可脱嵌锂的焦炭、人造石墨、天然石墨及中间相炭微球等。但是，非水电解液在电池充电的过程中会在负极表面发生还原分解，产生分解物及气体覆盖甚至破坏负极材料，因而增大电池的不可逆容量和降低电池的循环寿命。目前市场上的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)，磷酸铁锂(LiFePO₄)，以及二元/三元复合物等。这些材料的工作电压都在3.6V以上，有机电解液容易发生氧化反应。另外，电池在高温下以及一些过渡金属元素的催化作用下，非水电解液在正极上的氧化分解会进一步加剧，甚至破坏正极材料，使过渡金属元素溶出。另外，分解产生的固体分解物或气体将覆盖在电极表面或引起电池膨胀，阻碍锂离子的迁移，恶化电池的电化学性能。

研究发现，通过改善锂离子电池电极/电解液界面性质，可以有效解决锂离子电池非水电解液的相关问题。锂离子电池电解液功能添加剂具有“用量小、见效快”的特点而广泛研究者的关注。如中国专利ZL200410064039.6公开了在锂离子电池的非水电解液中使用了有机硫醚化物，揭示了有机硫醚化物能够抑制初始充电过程中的气胀问题，以及减小锂离子电池在室温循环和高温存储后的体积膨胀问题。但是，含该物质功能电解液制备的锂离子电池，其首次充放电过程中损耗较多的Li⁺，导致库伦效率较低，影响了电池的电化学性能。

发明内容

鉴于背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种非水电解液及其制备方法以及一种锂离子电池，该电解液能改善电池电极/电解液界面性质，提高有机电解液的稳定性和锂离子电池的充放电效率，抑制电池在室温循环和高温存储后的气胀问题。这些性质保证了锂离子电池具有良好的循环寿命、以及高电压、高低温的性能。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池。

本发明通过以下技术方案实现：

非水电解液，包括有机溶剂、导电锂盐和添加剂，其中：所述有机溶剂选自环状碳酸酯溶剂、芳香烃溶剂和线性溶剂的一种以上，所述添加剂为取代二硫杂环衍生物，结构式如下：

其中R1-R4为氢、卤素、C1-C6的烷基及其卤代烷基、C1-C4腈基、C1-C6的烯基、烷氧基、羧基、苯环、卤代苯的任一种。

所述导电锂盐在有机溶剂中的浓度为0.8-1.5mol/L，所述添加剂的用量为有机溶剂重量的0.1-10％。

R1-R4至少有一个为氟原子或氟代烷基。

所述取代二硫杂环衍生物为2,2,4,4-四氟-1,3-二硫杂环丁烷。

所述环状碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、γ-丁内酯和γ-戊內酯一种以上。

所述芳香烃溶剂为苯、氟苯、二氟代苯、甲苯、三氟代苯、二甲苯的一种以上；所述线型溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲丙酯、醚类和氟代醚的一种以上。

所述导电锂盐为LiPF6、LiBF4、LiSO3CF3、LiClO4、Li(CF3SO2)2N、LiC(CF3SO2)3中的一种以上。

还包括常用添加剂，所述常用添加剂为碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、丙磺酸内酯、丁磺酸内酯、己二腈、丁二腈、LiBOB、LiODFB等中的一种以上，所述常用添加剂占非水电解液总质量的0.1-5％。

一种电解液制备方法，电解液的配制方法是：

(1)将有机溶剂按比例混合后用分子筛、氢化钙、氢化锂纯化除杂、除水；

(2)在室温条件下，将导电锂盐溶解在上述有机溶剂中，并搅拌均匀；

(3)加入常用添加剂，并搅拌均匀。