CN106898816A - 一种锂电池电解液及锂电池 - Google Patents

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朱亚峰
方剑慧
赵世勇
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Abstract

本发明涉及一种锂电池电解液及锂电池，锂电池电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂，功能添加剂包括添加剂S，添加剂S在锂电池电解液中的质量百分比为0.1~10%，添加剂S为选自如下结构式中的一种或几种的组合： ，式中，X为O或者S，Y和Z独立地为C或者S，且X、Y和Z中至少一个为S；R1、R2独立地为烷基或卤代烷基，其中：卤代的卤素为F、Cl或Br，卤代为部分取代或者全取代。本发明中的添加剂S中的硫原子的电负性较强，在负极表面的还原性比相对应的碳酸酯更强，能优先于溶剂分解前在负极表面产生覆膜，提高电池的充放电性能、常温循环性能和高温搁置性能，减少副反应的发生，减少电池气胀。

Description

一种锂电池电解液及锂电池
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂电池电解液及锂电池。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、比能量大、无污染、无记忆效应和长寿命等优点，被广泛用于移动电话、数码相机和笔记本电脑等便携式电器装置，同时作为石油的替代能源在电动车以及混合动力车上也将大规模的应用。
在使用例如天然石墨或人造石墨的高结晶度碳质材料作为负极的非水锂离子二次电池中，在充电阶段非水电解液溶剂的还原分解发生在负极的表面上。在该负极上的还原分解在反复充放电后发生，即使使用该电解液优选的溶剂如环状碳酸酯，例如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯也发生还原，从而影响锂离子电池的充放电效率和寿命，并且电池易鼓胀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种充放电性能好且不易鼓胀的锂电池电解液及锂电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种锂电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述的功能添加剂包括添加剂S，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1～10％，所述的添加剂S为选自如下结构式中的一种或几种的组合：式中，X为O或者S，Y和Z独立地为C或者S，且X、Y和Z中至少一个为S；R1、R2独立地为烷基或卤代烷基，其中：卤代的卤素为F、Cl或Br，卤代为部分取代或者全取代。
优选地，所述的X为O，所述的Y和所述的Z为S；所述的R1、所述的R2独立地为碳原子数为1～5的烷基或碳原子数为1～5的卤代烷基，其中：卤代的卤素为F、Cl或Br，卤代为部分取代或者全取代。
进一步优选地，所述的添加剂S为二硫代羧酸二甲酯和/或二硫代羧酸二乙酯。
其中，所述的二硫代羧酸二甲酯的结构式为所述的二硫代羧酸二乙酯的结构式为
优选地，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5～5％。
优选地，所述的锂盐为选自LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3F、LiCF3SO3中的一种或几种的组合，所述的锂盐在所述的锂电池电解液中的摩尔浓度为0.001～2摩尔/升。
优选地，所述的有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂。
进一步优选地，所述的碳酸酯类有机溶剂为选自环状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合和/或链状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合；
所述的环状碳酸酯类化合物为选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)和碳酸亚丁酯(BC)中的一种或几种的组合；
所述的链状碳酸酯类化合物为选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)中的一种或几种的组合。
进一步优选地，所述的醚类有机溶剂为选自四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-Methyl-THF)、1,3-二氧环戊烷(DOL)、二甲氧基甲烷(DMM)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、二甘醇二甲醚(dimethyl carbitol)中的一种或几种的组合。
优选地，所述的功能添加剂还包括其他功能添加剂，所述的其他功能添加剂在所述的锂电池电解液中的摩尔浓度为0.0001～0.5摩尔/升；所述的其他功能添加剂为选自联苯(BP)、环己基苯(CHB)、叔丁基苯(TBB)、叔戊基苯(TPB)、丁二氰(SN)中的一种或几种的组合。
一种锂电池，包括正极、负极和电解液，所述的电解液为所述的锂电池电解液，所述的负极为选自人造石墨、天然石墨、石墨化纤维、石墨化中间相炭微球、富勒烯、无定型碳、硅纳米线材料、碳包覆放入硅纳米线材料中的一种或几种的组合。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过在锂电池电解液中添加含硫的添加剂S，该添加剂S中的硫原子的电负性较强，在负极表面的还原性比相对应的碳酸酯更强，能优先于溶剂分解前在负极表面产生覆膜，提高电池性能。因此，添加剂S能有效提高锂离子电池的充放电性能，减少副反应的发生，减少电池气胀，提高电池常温循环性能以及高温搁置性能。
附图说明
附图1为实施例1和实施例5制得的锂电池的初始充电的库伦效率对比图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作详细说明：
实施例1至11
电解液：锂盐为六氟磷酸锂，锂盐的摩尔浓度为1摩尔/升，电解液中的其他成分及用量参见表1。
负极：人造石墨，正极：钴酸锂材料，将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池，实施例1和实施例5制得的锂电池的初始充电的库伦效率对比参见图1，测试各实施例制得的锂电池在循环充放电300次后的电池容量百分率和电池膨胀率，结果参见表1。
表1
从图1可知，含有二硫代羧酸二乙酯的实施例5在初始充电时，在锂离子电池负极上形成钝化膜，优先于实施例1。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种锂电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂，其特征在于：所述的功能添加剂包括添加剂S，所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.1~10%，所述的添加剂S为选自如下结构式中的一种或几种的组合： ，式中，X为O或者S，Y和Z独立地为C或者S，且X、Y和Z中至少一个为S；R1、R2独立地为烷基或卤代烷基，其中：卤代的卤素为F、Cl或Br，卤代为部分取代或者全取代。
2. 根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的X为O，所述的Y和所述的Z为S；所述的R1、所述的R2独立地为碳原子数为1~5的烷基或碳原子数为1~5的卤代烷基，其中：卤代的卤素为F、Cl或Br，卤代为部分取代或者全取代。
3. 根据权利要求2所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的添加剂S为二硫代羧酸二甲酯和/或二硫代羧酸二乙酯。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的添加剂S在所述的锂电池电解液中的质量百分比为0.5~5%。
5. 根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的锂盐为选自LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3F、LiCF3SO3中的一种或几种的组合，所述的锂盐在所述的锂电池电解液中的摩尔浓度为0.001~2 摩尔/升。
6. 根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂。
7. 根据权利要求6所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的碳酸酯类有机溶剂为选自环状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合和/或链状碳酸酯类化合物中的一种或几种的组合；
所述的环状碳酸酯类化合物为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或几种的组合；
所述的链状碳酸酯类化合物为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯中的一种或几种的组合。
8. 根据权利要求6所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的醚类有机溶剂为选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的一种或几种的组合。
9. 根据权利要求1所述的锂电池电解液，其特征在于：所述的功能添加剂还包括其他功能添加剂，所述的其他功能添加剂在所述的锂电池电解液中的摩尔浓度为0.0001~0.5摩尔/升；所述的其他功能添加剂为选自联苯、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯、丁二氰中的一种或几种的组合。
10. 一种锂电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于：所述的电解液为权利要求1至9中任一项所述的锂电池电解液，所述的负极为选自人造石墨、天然石墨、石墨化纤维、石墨化中间相炭微球、富勒烯、无定型碳、硅纳米线材料、碳包覆放入硅纳米线材料中的一种或几种的组合。
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