[发明专利]非水电解液及其锂离子电池

说明书

本发明提供了一种非水电解液及其锂离子电池，其中，非水电解液包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括环状含氮硫酸酯，环状含氮硫酸酯的化学式如结构式I或结构式II所示，本发明的具有特殊结构的环状含氮硫酸酯添加剂，其‑SO₂‑结构可形成含S、O的界面膜，能提升锂离子电池的高温存储性能，三氟代烷基苯环结构形成的高聚物界面膜在持续高电压下极为稳定，可抑制含S、O的界面膜在持续高电压下的分解，极大提升锂离子电池的浮充性能。通过‑SO₂‑结构、三氟代烷基苯环结构和‑N‑结构的结合可优化正极/电解液界面，降低电极的表面活性从而抑制电解液的氧化分解，从而改善锂离子电池于高电压下(尤其是4.5V时)的浮充性能和高温存储性能。

技术领域

本发明涉及储能器械领域，具体涉及一种非水电解液及其锂离子电池。

背景技术

目前的高电压三元正极材料面临高温存储差、循环产气等严重的问题。一方面可能是新开发的正极材料包覆或掺杂技术不太完善，另一方面即是电解液的匹配问题，常规的电解液在4.5V高电压下是会在电池正极表面氧化分解的，特别在高温条件下，会加速电解液的氧化分解，同时促使正极材料的恶化反应。

日本专利JP1998189042A公开了一种硫酸乙烯酯(DTD)的电解液，通过引入硫酸乙烯酯，可改善锂离子电池的高温存储特性，但硫酸乙烯酯在高电压4.5V下浮充性能并不理想。

因此，必须开发一种能耐4.5V高电压的电解液，进而实现锂离子电池电性能的优良发挥。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种非水电解液及其锂离子电池，此非水电解液能抑制电解液的氧化分解，可提高高电压(4.5V)三元正极材料体系下锂离子电池的高温存储性能，同时还可改善锂离子电池的浮充性能。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括环状含氮硫酸酯，所述环状含氮硫酸酯的化学式如结构式I或结构式II所示，

本发明的环状含氮硫酸酯添加剂，其-SO₂-结构在首次充电时于正极/电解液界面发生反应，形成含S、O的界面膜，该界面膜在高温条件下比较稳定，能较为可观的提升锂离子电池的高温存储性能。但这类含S、O的界面膜在持续高电压下(尤其是4.5V时)不太稳定，容易分解产生SO₂等气体，而使电池产气，恶化电池性能。然而其三氟代烷基苯环结构在首次充放电时可聚合形成带有LiF的高聚物界面膜而附着于含S、O的界面膜的表面，该高聚物界面膜在持续高电压下极为稳定，可抑制含S、O的界面膜在持续高电压下的分解，极大提升锂离子电池的浮充性能。同时，-N-结构也参与形成一些含N_xO_y的界面膜，从而增加了前两者界面膜的韧性，使得界面膜不易破裂。所以本发明的电解液中因加入了具有特殊结构的环状含氮硫酸酯添加剂，通过三种结构的结合可优化正极/电解液界面，降低电极的表面活性从而抑制电解液的氧化分解，从而改善锂离子电池于高电压下(尤其是4.5V时)的浮充性能和高温存储性能。

其中，结构式Ⅰ的化合物采用1,2,5-噻二唑啉-1,1-二氧化物和1-溴-三氟对二甲苯在碳酸钾作用下发生取代反应，再经过重结晶或柱层析纯化制备得到。其反应式如下所述。结构式Ⅱ化合物的合成路线与结构式Ⅰ的合成路线类似。

作为一较佳技术方案，所述环状含氮硫酸酯于所述非水电解液中的质量百分比为0.1～5％，更优选为0.5～2％，具体但不限于为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％。