CN107086324B - 有机电解液和包含该有机电解液的锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机电解液和包含该有机电解液的锂电池，所述有机电解液包含第一锂盐；有机溶剂；和由下式1表示的二环硫酸酯类化合物：<式1>

其中，在式1中，A₁、A₂、A₃和A₄各自独立地为共价键、取代或未取代的C₁‑C₅亚烷基、羰基或亚磺酰基，其中A₁和A₂不都是共价键，且A₃和A₄不都是共价键。

Description

有机电解液和包含该有机电解液的锂电池

相关申请的交叉引用

于2016年2月12日在韩国知识产权局提交的名称为“有机电解液和包含该有机电解液的锂电池”的10-2016-0016352号韩国专利申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本申请实施方式涉及有机电解液和包含该有机电解液的锂电池。

背景技术

锂电池用作包括摄像机、移动电话和笔记本电脑等便携式电子设备的驱动电源。

发明内容

本申请实施方式涉及一种有机电解液，其包含第一锂盐、有机溶剂和由下式1表示的二环硫酸酯类化合物：

<式1>

其中，在式1中，A₁、A₂、A₃和A₄各自独立地为共价键、取代或未取代的C₁-C₅亚烷基、羰基或亚磺酰基，其中A₁和A₂不都是共价键，A₃和A₄不都是共价键。

A₁、A₂、A₃和A₄中的至少一个可以为未取代或取代的C₁-C₅亚烷基，其中所述取代的C₁-C₅亚烷基的取代基是选自卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀环烯基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀杂环基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基或具有至少一个杂原子的极性官能团中的至少一个。

A₁、A₂、A₃和A₄中的至少一个可以为未取代或取代的C₁-C₅亚烷基，其中所述取代的C₁-C₅亚烷基的取代基是卤素、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、三氟甲基、四氟乙基、苯基、萘基、四氟苯基、吡咯基或吡啶基。

所述取代的C₁-C₅亚烷基可以被具有至少一个杂原子的极性官能团取代。该极性官能团可以是选自-F、-Cl、-Br、-I、-C(＝O)OR¹⁶、-OR¹⁶、-OC(＝O)OR¹⁶、-R¹⁵OC(＝O)OR¹⁶、-C(＝O)R¹⁶、-R¹⁵C(＝O)R¹⁶、-OC(＝O)R¹⁶、-R¹⁵OC(＝O)R¹⁶、-C(＝O)-O-C(＝O)R¹⁶、-R¹⁵C(＝O)-O-C(＝O)R¹⁶、-SR¹⁶、-R¹⁵SR¹⁶、-SSR¹⁶、-R¹⁵SSR¹⁶、-S(＝O)R¹⁶、-R¹⁵S(＝O)R¹⁶、-R¹⁵C(＝S)R¹⁶、-R¹⁵C(＝S)SR¹⁶、-R¹⁵SO₃R¹⁶、-SO₃R¹⁶、-NNC(＝S)R¹⁶、-R¹⁵NNC(＝S)R¹⁶、-R¹⁵N＝C＝S、-NCO、-R¹⁵-NCO、-NO₂、-R¹⁵NO₂、-R¹⁵SO₂R¹⁶、-SO₂R¹⁶、

中的至少一个，

其中，在上式中，R¹¹和R¹⁵各自独立地为卤素取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀亚烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀亚炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₁₂亚环烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀亚芳基、卤素取代或未取代的C₂-C₄₀亚杂芳基、卤素取代或未取代的C₇-C₁₅烷基亚芳基、或卤素取代或未取代的C₇-C₁₅亚芳烷基；并且R¹²、R¹³、R¹⁴和R¹⁶各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₁₂环烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基、卤素取代或未取代的C₇-C₁₅烷基芳基、卤素取代或未取代的C₇-C₁₅三烷基甲硅烷基、或卤素取代或未取代的C₇-C₁₅芳烷基，其中

表示与相邻原子的结合位点。

所述二环硫酸酯类化合物可以由式2或3表示：

其中，在式2和3中，B₁”、B₂”、B₃”、B₄”、D₁和D₂各自独立地为-C(E₁)(E₂)-、羰基或亚磺酰基。当B₁”、B₂”、B₃”、B₄”、D₁或D₂是-C(E₁)(E₂)-时，E₁和E₂可各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀环烯基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀杂环基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、或卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基。

E₁和E₂可各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₁₀烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、或卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基。

E₁和E₂可各自独立地为选自氢、氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、三氟甲基、四氟乙基、苯基、萘基、四氟苯基、吡咯基和吡啶基中的至少一个。

所述二环硫酸酯类化合物可由式4或5表示：

其中，在式4和5中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇和R₂₈各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、或卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基。

R₁、R₂、R₃、R₄、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇和R₂₈可各自独立地为氢、F、Cl、Br、I、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、三氟甲基、四氟乙基、苯基、萘基、四氟苯基、吡咯基和吡啶基。

所述二环硫酸酯类化合物可由下式6至17中的一个表示：

基于所述有机电解液的总重量，所述二环硫酸酯类化合物的量可为约0.01wt％至约10wt％。

所述有机电解液中的第一锂盐可包含选自LiPF₆；LiBF₄；LiSbF₆；LiAsF₆；LiClO₄；LiCF₃SO₃；Li(CF₃SO₂)₂N；LiC₄F₉SO₃；LiAlO₂；LiAlCl₄；LiN(C_xF_2x+1SO₂)(C_yF_2y+1SO₂)，其中2≤x≤20和2≤y≤20；LiCl和LiI中的至少一个。

所述有机电解液还可包括环状碳酸酯化合物，其中所述环状碳酸酯化合物选自：碳酸亚乙烯基酯(VC)；被选自卤素、氰基(CN)和硝基(NO₂)中的至少一个取代基取代的VC；乙烯基碳酸乙二酯(VEC)；被选自卤素、CN和NO₂中的至少一个取代基取代的VEC；氟代碳酸乙二酯(FEC)；和被选自卤素、CN和NO₂中的至少一个取代基取代的FEC。

基于所述有机电解液的总重量，所述环状碳酸酯化合物的量可为约0.01wt％至约5wt％。

所述有机电解液还可包含由下式18至25中的一个表示的第二锂盐：

基于所述有机电解液的总重量，所述第二锂盐的量可为约0.1wt％至约5wt％。

本申请实施方式还针对一种锂电池，其包含阴极、阳极和如上所述的有机电解液。

所述阴极可包含含镍层状锂过渡金属氧化物。

所述锂电池可具有约3.8V或以上的电压。

附图说明

通过参考附图详细描述示例性实施方式，特征对于本领域技术人员将变得显而易见，其中：

图1示出了显示根据实施例4和5以及对比例2制造的锂电池在4.25V、室温下的放电容量的图表；

图2示出了显示实施例4和5以及对比例2的锂电池在4.25V、室温下的容量保持率的图表；

图3示出了显示实施例4和5以及对比例2的锂电池在4.25V、高温下的放电容量的图表；

图4示出了显示实施例4和5以及对比例2的锂电池在4.25V、高温下的容量保持率的图表；

图5示出了显示实施例4和对比例2的锂电池在4.3V、室温下的容量保持率的图表；

图6示出了显示实施例4和对比例2的锂电池在4.3V、高温下的容量保持率的图表；并且

图7示出了根据实施方式的锂电池的示意性剖面图。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更全面地描述示例性实施方式；然而，它们可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。而是，提供这些实施方式使得本发明将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达示例性实施。

如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。诸如“中的至少一个”的表述在元素列表之后时修饰整个要素列表，并且不修饰列表的单个要素。

在下文中，将更详细地描述根据实施方式的有机电解液和包含该有机电解液的锂电池。

根据一个实施方式的有机电解液包含第一锂盐、有机溶剂和由下式1表示的二环硫酸酯类化合物：

<式1>

其中，在式1中，A₁、A₂、A₃和A₄各自独立地为共价键、取代或未取代的C₁-C₅亚烷基、羰基或亚磺酰基，其中A₁和A₂不都是共价键，且A₃和A₄不都是共价键。

包含二环硫酸酯类化合物的作为锂电池用添加剂的有机电解液可以增强电池性能，例如高温特性或寿命特性等。

二环硫酸酯类化合物可以具有其中两个硫酸酯环以螺环形式彼此连接的结构。

不受任何具体理论的约束，并出于更好的理解，现将更详细地描述通过向电解液中添加二环硫酸酯类化合物可以改善锂电池的性能的原因。

二环硫酸酯类化合物的硫酸酯基可以通过在充电期间接受来自阳极表面的电子而自身还原，或者可以与先前还原的极性溶剂分子反应，从而影响形成在阳极表面的SEI层的特性。例如，与极性溶剂相比，包含硫酸酯基的二环硫酸酯类化合物可以更容易地接受来自阳极的电子。例如，在极性溶剂被还原之前，相比于极性溶剂，二环硫酸酯类化合物可以在更低的电压下还原。

例如，二环硫酸酯类化合物包括硫酸酯基团，因此在充电期间可更容易还原和/或分解成自由基和/或离子。因此，自由基和/或离子可以与锂离子结合以在阳极上形成适当的SEI层，从而防止或最小化通过进一步分解溶剂而获得的产物的形成。二环硫酸酯类化合物可以与例如碳质阳极本身或碳质阳极表面上的各种官能团形成共价键，或者可以吸附到电极的表面上。与仅由有机溶剂形成的SEI层相比，通过这种结合和/或吸附形成的具有改善的稳定性的改性SEI层可以甚至在长时间充电和放电后更耐久。耐久性改性SEI层可以继而在锂离子嵌入电极期间更有效地阻止使锂离子溶剂化的有机溶剂的共嵌入。因此，改性SEI层可以更有效地阻断有机溶剂和阳极之间的直接接触，以进一步提高锂离子的嵌入/脱嵌的可逆性，从而导致放电容量的增加和所制造的电池的寿命特性的改善。

此外，由于包含硫酸酯基，二环硫酸酯类化合物可以配位在阴极的表面上，从而影响在阴极的表面上形成的保护层的特性。例如，硫酸酯基可以与阴极活性物质的过渡金属离子配位以形成络合物。该络合物可以形成具有改进的稳定性的改性保护层，其与仅由有机溶剂形成的保护层相比，即使在长时间充电和放电长时间后也更加耐久。此外，耐久性改性保护层可以在锂离子嵌入电极期间更有效地阻止使锂离子溶剂化的有机溶剂的共嵌入。因此，改性保护层可以更有效地阻断有机溶剂和阴极之间的直接接触，以进一步提高锂离子的嵌入/脱嵌的可逆性，导致所制造的电池的稳定性增加和寿命特性的改善。

此外，二环硫酸酯类化合物具有其中多个环以螺环形式连接的结构。因此，二环硫酸酯类化合物可具有比一般硫酸酯类化合物的分子量相对更大的分子量，因此可以是热稳定的。

例如，二环硫酸酯类化合物可以形成在阳极表面处的SEI层和在阴极表面处的保护层，并且由于改善的热稳定性而可以促进在高温下制造的锂电池的增强的寿命特性。

在有机电解液中所含的上式1的二环硫酸酯类化合物中，A₁、A₂、A₃和A₄中的至少一个可以为未取代或取代的C₁-C₅亚烷基。取代的C₁-C₅亚烷基的取代基可以是卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀环烯基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀杂环基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基、或具有至少一个杂原子的极性官能团。

例如，A₁、A₂、A₃和A₄中的至少一个可以为未取代或取代的C₁-C₅亚烷基。取代的C₁-C₅亚烷基的取代基可以是适合于亚烷基的取代基。例如，取代的C₁-C₅亚烷基的取代基可以是卤素、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、三氟甲基、四氟乙基、苯基、萘基、四氟苯基、吡咯基或吡啶基。

在一些实施方式中，在上式1的二环硫酸酯类化合物中，取代的C₁-C₅亚烷基的取代基可以是具有杂原子的极性官能团。极性官能团的杂原子可以是选自氟、氯、溴、碘、氧、氮、磷、硫、硅和硼中的至少一种。

例如，具有杂原子的极性官能团本身可以是卤原子，例如，-F、-Cl、-Br、-I，或者可以是选自-C(＝O)OR¹⁶、-OR¹⁶、-OC(＝O)OR¹⁶、-R¹⁵OC(＝O)OR¹⁶、-C(＝O)R¹⁶、-R¹⁵C(＝O)R¹⁶、-OC(＝O)R¹⁶、-R¹⁵OC(＝O)R¹⁶、-C(＝O)-O-C(＝O)R¹⁶、-R¹⁵C(＝O)-O-C(＝O)R¹⁶、-SR¹⁶、-R¹⁵SR¹⁶、-SSR¹⁶、-R¹⁵SSR¹⁶、-S(＝O)R¹⁶、-R¹⁵S(＝O)R¹⁶、-R¹⁵C(＝S)R¹⁶、-R¹⁵C(＝S)SR¹⁶、-R¹⁵SO₃R¹⁶、-SO₃R¹⁶、-NNC(＝S)R¹⁶、-R¹⁵NNC(＝S)R¹⁶、-R¹⁵N＝C＝S、-NCO、-R¹⁵-NCO、-NO₂、-R¹⁵NO₂、-R¹⁵SO₂R¹⁶、-SO₂R¹⁶、

中的至少一个基团。

在上式中，R¹¹和R¹⁵可各自独立地为卤素取代或未取代的C₁-C₂₀亚烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀亚烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀亚炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₁₂亚环烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀亚芳基、卤素取代或未取代的C₂-C₄₀亚杂芳基、卤素取代或未取代的C₇-C₁₅烷基亚芳基、或卤素取代或未取代的C₇-C₁₅亚芳烷基；并且R¹²、R¹³、R¹⁴和R¹⁶可各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₁₂环烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基、卤素取代或未取代的C₇-C₁₅烷基芳基、卤素取代或未取代的C₇-C₁₅三烷基甲硅烷基、或卤素取代或未取代的C₇-C₁₅芳烷基。

例如，在具有杂原子的极性官能团中，烷基、烯基、炔基、环烷基、芳基、杂芳基、烷基芳基、三烷基甲硅烷基或芳烷基的卤素取代基可以是氟(F)。

例如，有机电解液中所含的二环硫酸酯类化合物可以由式2或3表示：

其中，在式2和3中，B₁”、B₂”、B₃”、B₄”、D₁和D₂可各自独立地为-C(E₁)(E₂)-、羰基或亚磺酰基。当B₁”、B₂”、B₃”或B₄”是-C(E₁)(E₂)-时，E₁和E₂可各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀烯基、卤素取代或未取代的C₂-C₂₀炔基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀环烯基、卤素取代或未取代的C₃-C₂₀杂环基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、或卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基。

例如，E₁和E₂可各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₁₀烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、或卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基。

例如，E₁和E₂可各自独立地为氢、氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、三氟甲基、四氟乙基、苯基、萘基、四氟苯基、吡咯基或吡啶基。

例如，E₁和E₂可各自独立地为氢、F、甲基、乙基、三氟甲基、四氟乙基或苯基。

例如，二环硫酸酯类化合物可由式4或5表示：

其中，在式4和5中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇和R₂₈可各自独立地为氢、卤素、卤素取代或未取代的C₁-C₂₀烷基、卤素取代或未取代的C₆-C₄₀芳基、或卤素取代或未取代的C₂-C₄₀杂芳基。

例如，在上式4和5中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇和R₂₈可各自独立地为氢、F、Cl、Br、I、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、三氟甲基、四氟乙基、苯基、萘基、四氟苯基、吡咯基或吡啶基。

例如，在上式4和5中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇和R₂₈可各自独立地为氢、F、甲基、乙基、丙基、三氟甲基、四氟乙基或苯基。

例如，二环硫酸酯类化合物可由式6至17中的一个表示：

如本文所用，表述“C_a-C_b”的a和b表示特定官能团的碳原子数。即，官能团可以包括a至b个碳原子。例如，表述“C₁-C₄烷基”表示具有1至4个碳原子的烷基，即，CH₃-、CH₃CH₂-、CH₃CH₂CH₂-、(CH₃)₂CH-、CH₃CH₂CH₂CH₂-、CH₃CH₂CH(CH₃)-和(CH₃)₃C-。

根据上下文，特定的自由基可以被称为单自由基或双自由基。例如，当取代基需要两个结合位点以便与分子的其余部分结合时，取代基可被理解为双自由基。例如，指定为需要两个结合位点的烷基的取代基可以是双自由基，例如-CH_2-、-CH₂CH_2-或-CH₂CH(CH₃)CH_2-等。本文所用的术语“亚烷基”清楚地表明该自由基是双自由基。

本文所用的术语“烷基”和“亚烷基”是指支化或非支化的脂族烃基。在实施方式中，烷基可以是取代的或未取代的。烷基的非限制性实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环丙基、环戊基、环己基和环庚基，它们各自可以是任选取代的或未取代的。在一些实施方式中，烷基可以具有1至6个碳原子。例如，C₁-C₆烷基可以是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、戊基、3-戊基、己基等。

本文所用的术语“环烷基”是指完全饱和的碳环或环系。例如，环烷基可以是环丙基、环丁基、环戊基或环己基。

本文所用的术语“烯基”是指含至少一个碳-碳双键的具有2至20个碳原子的烃基。烯基的实例包括乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、环丙烯基、环戊烯基、环己烯基和环庚烯基。在一些实施方式中，这些烯基可以是取代的或未取代的。在一些实施方式中，所述烯基可以具有2至40个碳原子。

本文所用的术语“炔基”是指含至少一个碳-碳三键的具有2至20个碳原子的烃基。炔基的实例包括乙炔基、1-丙炔基、1-丁炔基和2-丁炔基。在一些实施方式中，这些炔基可以是取代的或未取代的。在一些实施方式中，所述炔基可以具有2至40个碳原子。

本文所用的术语“芳族”是指具有共轭π电子系统的环或环系，并且可以指碳环芳族基团(例如苯基)或杂环芳族基团(例如吡啶)。在这点上，芳族环系作为整体可以包括单环的环或稠合多环的环(即，共享相邻原子对的环)。

本文使用的术语“芳基”是指在其主链中仅具有碳原子的芳环或环系(即，由至少两个共享两个相邻碳原子的环稠合的环)。当芳基是环系时，环系中的每个环是芳族的。芳基的实例包括苯基、联苯基、萘基、菲基和并四苯基。这些芳基可以是取代的或未取代的。

本文所用的术语“杂芳基”是指具有一个环或多个稠环的芳族环系，其中至少一个环原子不是碳，即杂原子。在稠环系中，至少一个杂原子可以仅存在于一个环中。杂原子可以是例如氧、硫或氮。杂芳基的实例包括呋喃基、噻吩基、咪唑基、喹唑啉基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、吡啶基、吡咯基、噁唑基和吲哚基。

本文所用的术语“芳烷基”和“烷基芳基”以及例如“C₇-C₁₄芳烷基”是指通过亚烷基连接为取代基的芳基。芳烷基或烷基芳基的实例包括苄基、2-苯基乙基、3-苯基丙基和萘基烷基。在一些实施方式中，亚烷基可以是低级亚烷基(即，C₁-C₄亚烷基)。

本文所用的术语“环烯基”是指具有至少一个双键的非芳族碳环或环系。例如，环烯基可以是环己烯基。

本文所用的术语“杂环基”是指在其环骨架中具有至少一个杂原子的非芳族环或环系。

本文所用的术语“卤素”是指属于周期表第17族的稳定元素，例如氟、氯、溴或碘。例如，卤素可以是氟和/或氯。

在本说明书中，取代基可以通过使未取代的母基团中的至少一个氢原子被另一个原子或官能团取代而得到。除非另有说明，术语“取代的”表示上述官能团被至少一个取代基取代，所述取代基选自C₁-C₄₀烷基、C₂-C₄₀烯基、C₃-C₄₀环烷基、C₃-C₄₀环烯基和C₇-C₄₀芳基。本文中使用的短语“任选取代”表示上述官能团可以用上述取代基取代。

基于有机电解液的总重量，在有机电解液中作为添加剂的式1的二环硫酸酯类化合物的量可以为例如约0.01wt％至约10wt％。如果需要，可以适当调节式1的二环硫酸酯类化合物的量。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的式1的二环硫酸酯类化合物的量可以为约0.1wt％至约10wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的式1的二环硫酸酯类化合物的量可以为约0.1wt％至约7wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的式1的二环硫酸酯类化合物的量可以为约0.1wt％至约5wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的式1的二环硫酸酯类化合物的量可以为约0.1wt％至约3wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的式1的二环硫酸酯类化合物的量可以为约0.1wt％至约2wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的式1的二环硫酸酯类化合物的量可以为约0.2wt％至约1.5wt％。当式1的二环硫酸酯类化合物的量在上述范围内时，可获得进一步增强的电池特性。

有机电解液中所含的第一锂盐可包含选自以下中的至少一个：LiPF₆；LiBF₄；LiSbF₆；LiAsF₆；LiClO₄；LiCF₃SO₃；Li(CF₃SO₂)₂N；LiC₄F₉SO₃；LiAlO₂；LiAlCl₄；LiN(C_xF_2x+1SO₂)(C_yF_2y+1SO₂)，其中2≤x≤20和2≤y≤20；LiCl和LiI。

有机电解液中第一锂盐的浓度可以为例如约0.01M至约2.0M。可根据需要适当调节有机电解液中第一锂盐的浓度。当第一锂盐的浓度在上述范围内时，可以获得具有进一步增强的特性的电池。

有机电解液中所含的有机溶剂可以是合适的低沸点溶剂。术语“低沸点溶剂”是指在25℃时的1个大气压下的沸点为200℃或以下的溶剂。

例如，有机溶剂可以包括选自碳酸二烷基酯、环状碳酸酯、直链或环状酯、直链或环状酰胺、脂环腈、直链或环状醚及其衍生物中的至少一种。

例如，有机溶剂可包括选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸丙二酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)、碳酸丁二酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙腈、丁二腈(SN)、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、γ-戊内酯、γ-丁内酯和四氢呋喃中的至少一种。

除了二环硫酸酯类化合物之外，有机电解液还可以包含其它添加剂。当包括其它添加剂时，可以获得具有进一步增强的性能的锂电池。

有机电解液中进一步包含的添加剂可以包括环状碳酸酯化合物、第二锂盐等。

例如，有机电解液还可包含环状碳酸酯化合物作为添加剂。用作添加剂的环状碳酸酯化合物可选自碳酸亚乙烯基酯(VC)；用选自卤素、氰基(CN)和硝基(NO₂)中的至少一个取代基取代的VC；乙烯基碳酸乙二酯(VEC)；用选自卤素、CN和NO₂中的至少一个取代基取代的VEC；氟代碳酸乙二酯(FEC)；和用选自卤素、CN和NO₂中的至少一个取代基取代的FEC。当有机电解液还包含环状碳酸酯化合物作为添加剂时，包含有机电解液的锂电池可具有进一步增强的充电和放电特性。

基于有机电解液的总重量，有机电解液中的环状碳酸酯化合物的量可例如为约0.01wt％至约5wt％。可根据需要适当调节环状碳酸酯化合物的量。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的环状碳酸酯化合物的量可以为约0.1wt％至约5wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的环状碳酸酯化合物的量可以为约0.1wt％至约4wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的环状碳酸酯化合物的量可以为约0.1wt％至约3wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的环状碳酸酯化合物的量可以为约0.1wt％至约2wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的环状碳酸酯化合物的量可以为约0.2wt％至约2wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的环状碳酸酯化合物的量可以为约0.2wt％至约1.5wt％。当环状碳酸酯化合物的量在上述范围内时，可获得具有进一步增强的特性的电池。

有机电解液还可包含不同于第一锂盐的第二锂盐作为添加剂。第二锂盐的阴离子可以是草酸根、PO₂F₂-、N(SO₂F)₂-等。例如，第二锂盐可以是由下式18至25中的一个表示的化合物：

基于有机电解液的总重量，有机电解液中的第二锂盐的量可例如为约0.1wt％至约5wt％。可根据需要适当调节第二锂盐的量。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的第二锂盐的量可以为约0.1wt％至约4.5wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的第二锂盐的量可以为约0.1wt％至约4wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的第二锂盐的量可以为约0.1wt％至约3wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的第二锂盐的量可以为约0.1wt％至约2wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的第二锂盐的量可以为约0.2wt％至约2wt％。例如，基于有机电解液的总重量，有机电解液中的第二锂盐的量可以为约0.2wt％至约1.5wt％。当第二锂盐的量在上述范围内时，可获得具有进一步增强的特性的电池。

有机电解液可以是液体或凝胶状态。有机电解液可以通过将上述第一锂盐和添加剂加入到上述有机溶剂中来制备。

根据实施方式的锂电池可以包括阴极、阳极和如上所述的有机电解液。锂电池的类型可以包括锂二次电池，例如锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂硫电池等；以及锂一次电池。

在锂电池中，阳极可以包括例如石墨。在锂电池中，阴极可以包括例如含镍层状锂过渡金属氧化物。例如，锂电池可以具有约3.80V或以上的高电压。例如，锂电池可以具有约4.0V或以上的高电压。例如，锂电池可以具有约4.35V或以上的高电压。

例如，可以使用以下方法制造锂电池。

阴极可以通过合适的制造方法制备。例如，可以制备其中混合有阴极活性物质、导电材料、粘合剂和溶剂的阴极活性物质组合物。可以将阴极活性物质组合物直接涂布到金属集电器上，从而完成阴极板的制造。在实施方式中，可将阴极活性物质组合物浇铸到单独的支持体上，并可将与支持体分离的膜层压到金属集电器上，从而完成阴极板的制造。

阴极活性物质可以是含锂金属氧化物。例如，含锂金属氧化物可以是选自锂和选自钴、锰、镍及其组合的金属的复合氧化物中的至少一种。例如，阴极活性物质可以是由下式中的任一个表示的化合物：Li_aA_1-bB'_bD₂，其中0.90≤a≤1.8且0≤b≤0.5；Li_aE_1-bB'_bO_{2- c}D_c，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,且0≤c≤0.05；LiE_2-bB'_bO_4-cD_c，其中0≤b≤0.5且0≤c≤0.05；Li_aNi_1-b-cCo_bB'_cD_α，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α≤2；Li_aNi_1-b-cCo_bB'_cO_2-αF'_α，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2；Li_aNi_{1-b- c}Co_bB'_cO_2-αF'₂，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2；Li_aNi_1-b-cMn_bB'_cD_α，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α≤2；Li_aNi_1-b-cMn_bB'_cO_2-αF'_α，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2；Li_aNi_1-b-cMn_bB'_cO_2-αF'₂，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2；Li_aNi_bE_cG_dO₂，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.9,0≤c≤0.5,且0.001≤d≤0.1；Li_aNi_bCo_cMn_dGeO₂，其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.9,0≤c≤0.5,0≤d≤0.5,且0.001≤e≤0.1；Li_aNiG_bO₂，其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1；Li_aCoG_bO₂，其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1；Li_aMnG_bO₂，其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1；Li_aMn₂G_bO₄，其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1；QO₂；QS₂；LiQS₂；V₂O₅；LiV₂O₅；LiI'O₂；LiNiVO₄；Li_(3-f)J₂(PO₄)₃，其中0≤f≤2；Li_(3-f)Fe₂(PO₄)₃，其中0≤f≤2；和LiFePO₄。

在上式中，A可选自镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)及其组合；B'可选自铝(Al)、Ni、Co、锰(O)、铬(Cr)、铁(Fe)、镁(Mg)、锶(Sr)、钒(V)、稀土元素及其组合；D可选自氧(O)、氟(F)、硫(S)、磷(P)及其组合；E可选自Co、Mn及其组合；F'可选自F、S、P及其组合；G可选自Al、Cr、Mn、Fe、Mg、镧(La)、铈(Ce)、Sr、V及其组合；Q可选自钛(Ti)、钼(Mo)、Mn及其组合；I'可选自Cr、V、Fe、钪(Sc)、钇(Y)及其组合；并且J可选自V、Cr、Mn、Co、Ni、铜(Cu)及其组合。

例如，阴极活性物质可以是LiCoO₂；LiMn_xO_2x，其中x＝1或2；LiNi_1-xMn_xO_2x，其中0<x<1；LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0≤x≤0.5且0≤y≤0.5；LiFePO₄等。

另外，用作阴极活性物质的上述含锂金属氧化物可以在其表面具有涂层。在另一实施方式中，可以使用含锂金属氧化物和在其表面具有涂层的含锂金属氧化物的混合物。涂层可以包括涂布元素化合物，例如涂布元素的氧化物、涂布元素的氢氧化物、涂布元素的羟基氧化物、涂布元素的氧碳酸盐或涂布元素的羟基碳酸盐。涂布元素化合物可以是无定形的或结晶的。涂层中所含的涂布元素可以选自Mg、Al、Co、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、硅(Si)、Ti、V、锡(Sn)、锗(Ge)、镓(Ga)、硼(B)、砷(As)、锆(Zr)及其混合物。可以通过使用对所述阴极活性物质的物理性质没有不利影响的合适方法(例如，喷涂、浸渍等)利用上述化合物中的涂布元素来形成涂层。

可以使用合适的导电材料。导电材料可以是例如炭黑、石墨颗粒等。

可以使用合适的粘合剂。粘合剂的实例包括偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、其混合物和苯乙烯-丁二烯橡胶类聚合物。

可以使用合适的溶剂。溶剂可以是例如N-甲基吡咯烷酮、丙酮、水等。

阴极活性物质、导电材料、粘合剂和溶剂的量可以与在通常的锂电池中使用的量水平相同。根据所需锂电池的用途和构成，可以不使用导电材料、粘合剂和溶剂中的至少一种。

阳极可以通过合适的制造方法制备。例如，可以通过混合阳极活性物质、导电材料、粘合剂和溶剂来制备阳极活性物质组合物。阳极活性物质组合物可以直接涂布到金属集电器上并干燥以获得阳极板。在另一个实施方式中，阳极活性物质组合物可以浇铸到单独的支持体上，并且与支持体分离的膜可以层压到金属集电器上以完成阳极板的制造。

作为阳极活性物质，可以使用适合于锂电池的阳极活性物质。例如，阳极活性物质可以包括选自锂金属、可与锂合金化的金属、过渡金属氧化物、非过渡金属氧化物和碳质材料中的至少一种。

例如，可与锂合金化的金属可以是Si、Sn、Al、Ge、铅(Pb)、铋(Bi)、锑(Sb)、Si-Y'合金(Y'是碱金属、碱土金属、13族和14族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，并且不是Si)、Sn-Y'合金(Y'是碱金属、碱土金属、13族和14族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，并且不是Sn)等。元素Y'可以选自Mg、Ca、Sr、钡(Ba)、镭(Ra)、Sc、Y、Ti、Zr、铪(Hf)、钌(Rf)、V、铌(Nb)、钽(Ta)、(Db)、Cr、Mo、钨(W)、

(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、(Bh)、Fe、Pb、钌(Ru)、锇(Os)、(Hs)、铑(Rh)、铱(Ir)、钯(Pd)、铂(Pt)、Cu、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、镉(Cd)、B、Al、Ga、Sn、铟(In)、Ge、P、As、Sb、Bi、S、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)及其组合。

例如，过渡金属氧化物可以是锂钛氧化物、钒氧化物、锂钒氧化物等。

例如，非过渡金属氧化物可以是SnO₂、SiO_x(其中0<x<2)等。

例如，碳质材料可以是结晶碳、无定形碳或其混合物。结晶碳的实例包括天然石墨和人造石墨，其各自具有不规则形式或者为板、片、球或纤维的形式。无定形碳的实例包括软碳(低温煅烧碳)、硬碳、中间相沥青碳化产物和煅烧焦炭。

在阳极活性物质组合物中，可以使用与在所述阴极活性物质组合物中使用的那些相同的导电材料和粘合剂。

阳极活性物质、导电材料、粘合剂和溶剂的量可以与在通常的锂电池中使用的量水平相同。根据所需锂电池的用途和构成，可以省略导电材料、粘合剂和溶剂中的至少一种。

可以制备设置在阴极和阳极之间的合适的隔板。作为隔板，可以使用对电解质中的离子的转移具有低耐性并且具有高电解液保持能力的隔板。隔板的实例可以包括玻璃纤维、聚酯、特氟隆、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)及其组合，其各自可以是非织物或织物。例如，由聚乙烯或聚丙烯等形成的可卷绕隔板可用于锂离子电池，并且具有高有机电解液保持能力的隔板可用于锂离子聚合物电池。例如，可以根据以下方法制造隔板。

聚合物树脂、填料和溶剂可以混合在一起以制备隔板组合物。然后，可以将隔板组合物直接涂布到电极上并干燥以形成隔板。在实施方式中，可以将隔板组合物浇铸到支持体上并干燥，然后可将与支持体分离的隔板膜层压到电极的上部上，从而完成隔板的制造。

电极板的粘合剂中所用的合适材料可以在隔板的制造中使用。例如，聚合物树脂可以是偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、PVDF、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、其混合物等。

有机电解液可以如上所述。

如图7所示，锂电池1可以包括阴极3、阳极2和隔板4。阴极3、阳极2和隔板4可以卷绕或折叠，然后容纳在电池壳体5中。随后，有机电解液可以注入到电池壳体5中，并且电池壳体5可以用盖组件6密封，从而完成锂电池1的制造。电池壳体5可以具有圆柱形、矩形或薄膜形状。

在一些实施方式中，隔板4可以设置在阴极3和阳极2之间以形成电池组件，多个电池组件可以以双电池结构堆叠并用有机电解液浸渍，并且可以将所得物放入袋中并气密密封，从而完成锂电池的制造。

电池组件可以被堆叠以形成电池组，并且这样的电池组可以用于需要高容量和高功率输出的装置中。例如，电池组可以用于笔记本电脑、智能手机、电动车辆等。

锂电池可以具有优异的寿命特性和高倍率特性，因此可以用于电动车辆(EV)。例如，锂电池可以用于诸如插电式混合动力电动车辆(PHEV)等的混合动力车辆。锂电池还可以用于需要存储大量电力的领域。例如，锂电池可以用于电动自行车、电动工具等。

提供以下实施例和对比例以变突出一个或多个实施方式的特征，但是应当理解，所述实施例和对比例不应被解释为限制实施方式的范围，对比例也不应被解读为在实施方式的范围之外。此外，应当理解，实施方式不限于实施例和对比例中描述的具体细节。

(添加剂的合成)

制备例1：式6化合物的合成

式6的化合物可以根据以下反应方案1制备：

<反应方案1>

(化合物A的合成)

向体积比为1:1的四氢呋喃(THF)和二氯甲烷(DCM，CH₂Cl₂)的混合溶剂添加68.0g(0.499mol)季戊四醇和100g分子筛(4A型)，并将所得溶液回流20分钟。随后，将110ml(2.8当量，1.40mol)亚硫酰氯(SOCl₂)加入到所得物中，并将所得溶液回流8小时，直到季戊四醇通过反应完全消耗，从而获得淡黄色溶液。将获得的淡黄色溶液过滤并浓缩，从而获得包含淡黄色固体的残留物。然后，将1L饱和碳酸氢钠(NaHCO₃)溶液以使泡腾最小的速率直接加入到残留物中，从而获得悬浮液。将悬浮液剧烈搅拌20分钟。其后，过滤该悬浮液，并将得到的固体加入到1L纯水中，以制备混合物。然后，将混合物剧烈搅拌20分钟，进行抽滤，并在空气中干燥，从而获得104.61g(0.458mol)的化合物A(产率：92％)。

化合物A的¹H-NMR和¹³C-NMR数据与文献中的那些相同。

(化合物B的合成)

如上述反应方案1中所示，根据Canadian Journal of Chemistry，79，2001，第1042页中公开的方法(其通过引用并入本文)，由化合物A合成下式6表示的化合物B。

将合成的化合物在体积比为2:1的1,2-二氯乙烷和乙腈的混合溶剂中重结晶，然后将其用于制备电解液。

<式6>

(有机电解液的制备)

实施例1：SEI-1316 1.0wt％

将作为锂盐的0.90M LiPF₆和1wt％的式6的化合物添加至体积比为3:5:2的碳酸乙二酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂以制备有机电解液。

<式6>

实施例2：SEI-1316 1.0wt％+VC 0.5wt％

以与实施例1相同的方式制备有机电解液，不同之处在于使用1wt％的式6的化合物和0.5wt％的碳酸亚乙烯基酯(VC)作为添加剂。

实施例3：SEI-1316 0.5wt％

以与实施例1相同的方式制备有机电解液，不同之处在于将用作添加剂的式6的化合物的量改变为0.5wt％。

对比例1

以与实施例1相同的方式制备有机电解液，不同之处在于不使用式6的化合物。

(锂电池的制造)

实施例4

(阳极的制造)

将98wt％的人造石墨(由Tianjin BTR New Energy Technology Co.,Ltd.制造的BSG-L)、作为粘合剂的1.0wt％的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)(由Zeon制造)和1.0wt％的羧甲基纤维素(CMC)(由NIPPON A&L制造)混合在一起，将混合物加入到蒸馏水中，并使用机械搅拌器将所得溶液搅拌60分钟，以制备阳极活性物质浆料。使用刮片将阳极活性物质浆料涂布到厚度为10μm至约60μm的铜(Cu)集电器上。将涂布的集电器在热风干燥器中在100℃下干燥0.5小时，然后在以下条件下进一步干燥：在120℃的真空中干燥4小时，并且辊压，由此完成阳极板的制造。

(阴极的制造)

将97.45wt％的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、作为导电材料的0.5wt％的粉末型人造石墨(由Timcal制造的SFG6)、0.7wt％的炭黑(由ECP制造的Ketjen黑)、0.25wt％改性丙烯腈橡胶(由Zeon Corporation制造的BM-720H)、0.9wt％的聚偏二氟乙烯(PVdF，由Solvay制造的S6020)和0.2wt％的PVdF(由Solvay制造的S5130)一起混合，并将该混合物加入到作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮中。使用机械搅拌器将所得溶液搅拌30分钟，以制备阴极活性物质浆料。使用刮片将阴极活性物质浆料涂布到厚度为20μm至约60μm的铝(Al)集电器上。将涂布的集电器在热风干燥器中在100℃下干燥0.5小时，然后在以下条件下进一步干燥：在120℃的真空中干燥4小时，并且辊压，由此完成阴极板的制造。

使用阴极侧涂布有陶瓷的厚度为14μm的聚乙烯隔板(由SK Innovation制造)和根据实施例1制备的有机电解液来完成锂电池的制造。

实施例5和6

以与实施例4相同的方式制造锂电池，不同之处在于分别使用根据实施例2和3制备的有机电解液代替实施例1的有机电解液。

对比例2

以与实施例4相同的方式制造锂电池，不同之处在于使用根据对比例1制备的有机电解液代替实施例1的有机电解液。

评价例1：在4.25V和室温(25℃)下的充电和放电特性的评价

将根据实施例4至6和对比例2制造的锂电池分别在25℃下以0.1C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.25V(相对于Li)，然后在保持4.25V的恒定电压的同时在0.05C倍率的电流下终止充电过程。随后，每个锂电池以0.1C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第一次循环)。

在形成操作的第一次循环之后的每个锂电池在25℃下以0.2C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.25V(相对于Li)，然后，在保持4.25V的恒定电压的同时在0.05C倍率的电流下终止充电过程。随后，每个锂电池以0.2C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第二次循环)。

在形成操作的第二次循环之后的每个锂电池在25℃下以1.0C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.25V(相对于Li)，然后，在保持4.25V的恒定电压的同时在0.05C倍率的电流下终止充电过程。随后，每个锂电池以1.0C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.7V(相对于Li)，并且将该充电和放电的循环重复380次。

在所有充电和放电的循环中，在每个充电/放电循环结束时有10分钟的静置期。

部分充电和放电实验结果在下表1与图1和2中示出。使用下面的等式1定义第380次循环的容量保持率：

<等式1>

容量保持率＝[第380次循环的放电容量/第1次循环的放电容量]×100

<表1>

如表1与图1和2中所示，包含根据本公开的实施方式的添加剂的实施例4和5的锂电池与不包含这种添加剂的对比例2的锂电池相比，在室温下显示出显著增强的放电容量和寿命特性。

评价例2：在4.25V和高温(45℃)下的充电和放电特性的评价

使用与评价例1中所用相同的方法评价例4至6和对比例2的锂电池的充电和放电特性，不同之处在于将充电和放电温度改变为45℃。同时，将充电和放电循环的数目改变为200次循环。

部分充电和放电实验结果在下表2与图3和4中示出。使用下面的等式2定义第200次循环的容量保持率：

<等式2>

容量保持率＝[第200次循环的放电容量/第1次循环的放电容量]×100

<表2>

如表2与图3和4所示，包含根据本公开的实施方式的添加剂的实施例4和5的锂电池与不包含这种添加剂的对比例2的锂电池相比，在高温下显示出显著增强的放电容量和寿命特性。

评价例3：在4.30V和室温(25℃)下的充电和放电特性的评价

将实施例4和对比例2的锂电池分别在25℃下以0.1C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.30V(相对于Li)，然后在保持4.30V的恒定电压的同时在0.05C倍率的电流下终止充电过程。随后，每个锂电池以0.1C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第一次循环)。

在形成操作的第一次循环之后的每个锂电池在25℃下以0.2C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.30V(相对于Li)，然后，在保持4.30V的恒定电压的同时在0.05C倍率的电流下终止充电过程。随后，每个锂电池以0.2C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第二次循环)。

在形成操作的第二次循环之后的每个锂电池在25℃下以0.5C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.30V(相对于Li)，然后，在保持4.30V的恒定电压的同时在0.05C倍率的电流下终止充电过程。随后，每个锂电池以1.0C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.75V(相对于Li)，并且将该充电和放电的循环重复250次。

在所有充电和放电的循环中，在每个充电/放电循环结束时有10分钟的静置期。

部分充电和放电实验结果在下表3与图5中示出。使用下面的等式3定义第250次循环的容量保持率：

<等式3>

容量保持率＝[第250次循环的放电容量/第1次循环的放电容量]×100

<表3>

如表3与图5所示，包含根据本公开的实施方式的添加剂的实施例4的锂电池与不包含这种添加剂的对比例2的锂电池相比，在室温下显示出显著增强的放电容量和寿命特性。

评价例4：在4.30V和高温(45℃)下的充电和放电特性的评价

使用与评价例3中所用相同的方法评价实施例4和对比例2的锂电池的充电和放电特性，不同之处在于将充电和放电温度改变为45℃。同时，将充电和放电循环的数目改变为200次循环。

部分充电和放电实验结果在下表4与图6中示出。使用下面的等式4定义第200次循环的容量保持率：

<等式4>

容量保持率＝[第200次循环的放电容量/第1次循环的放电容量]×100

<表4>

如表4与图6中所示，包含根据本公开的实施方式的添加剂的实施例4的锂电池与不包含这种添加剂的对比例3的锂电池相比，在高温下显示出显著增强的放电容量和寿命特性。

评价例5：高温(60℃)稳定性评价

使实施例4至6与对比例2的锂电池经受如下的充电和放电的第一次循环。每个锂电池在25℃下以0.5C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.3V，然后在保持4.3V的恒定电压的同时对每个锂电池充电直至电流达到0.05C，然后以0.5C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.8V。

使每个锂电池经受如下的充电和放电的第二次循环。每个锂电池以0.5C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.3V，然后在保持4.3V的恒定电压的同时对每个锂电池充电直至电流达到0.05C，然后以0.2C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.8V。

使每个锂电池经受如下的充电和放电的第三次循环。每个锂电池以0.5C倍率的恒定电流充电直至电压达到4.3V，然后在保持4.3V的恒定电压的同时对每个锂电池充电直至电流达到0.05C，然后以0.2C倍率的恒定电流放电直至电压达到2.80V。第三次循环的放电容量被视为标准容量。

使每个锂电池经受如下的充电和放电的第四次循环。每个锂电池以0.5C倍率充电直至电压达到4.30V，然后在保持4.30V的恒定电压的同时对每个锂电池充电直至电流达到0.05C，将充电的电池在60℃的烘箱中储存10天和30天，然后将电池从烘箱中取出，然后以0.1C倍率放电直至电压达到2.80V。

部分充电和放电实验结果在下5中示出。使用下面的等式5定义高温储存后的容量保持率：

<等式5>

高温储存后的容量保持率[％]＝[第四次循环的高温下的放电容量/标准容量]×100(在此，标准容量为第三次循环的放电容量)

<表5>

如表5所示，与不包含本发明的有机电解液的对比例2的锂电池相比，包含根据本公开的实施方式的有机电解液的实施例6的锂电池显示出显著增强的高温稳定性。

评价例6：高温(60℃)储存后的直流电阻(DC-IR)评价

使用以下方法在室温(25℃)下测量实施例4至6和对比例2的各锂电池在置于60℃的烘箱中之前、在60℃的烘箱中储存10天后和在60℃的烘箱中储存30天后的DC-IR。

每个锂电池经受如下的充电和放电的第一次循环。每个锂电池在0.5C的电流下充电直至电压达到50％SOC(充电状态)，在0.02C终止充电过程，然后每个锂电池静置10分钟。随后，每个锂电池经受以下过程：以0.5C的恒定电流放电30秒，然后静置30秒，并以0.5C的恒定电流充电30秒，然后静置10分钟；以1.0C的恒定电流放电30秒，然后静置30秒，并以0.5C的恒定电流充电1分钟，然后静置10分钟；以2.0C的恒定电流放电30秒，然后静置30秒，并以0.5C的恒定电流充电2分钟，然后静置10分钟；以3.0C的恒定电流放电30秒，然后静置30秒，并以0.5C的恒定电流充电2分钟，然后静置10分钟。

在每个C倍率下30秒的平均电压下降值是直流电压值。

部分由测得的初始直流电阻和高温储存后的直流电阻计算出的直流电阻增加在下表6中示出。直流电阻增加由下面的等式6表示：

<等式6>

直流电阻增加[％]＝[高温储存后的直流电阻/初始直流电阻]×100

<表6>

如表6所示，与不包含有机电解液的对比例2的锂电池相比，包含根据本公开的实施方式的有机电解液的实施例6的锂电池在高温储存后展现出了较小的直流电阻增加。

从由以上描述显而易见的，包括含有新型二环硫酸酯类添加剂的有机电解液的锂电池可以展现出增强的高温特性和寿命特性。

通过总结和回顾，锂二次电池可以以高倍率充电，并且每单位重量的能量密度是现有铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池或镍锌电池的至少三倍大。

锂电池在高工作电压下运行。因此，对锂具有高反应性的水性电解液可能不适用于这种锂电池。因此，锂电池通常使用有机电解液。有机电解液通过将锂盐溶解在有机溶剂中制备。可以使用具有在高电压下的稳定性、高离子电导率、高介电常数和低粘度的有机溶剂。

当锂电池使用包含碳酸酯类极性非水性溶剂的有机电解液时，在初始充电期间可能发生由于阳极/阴极与有机电解液之间的副反应而过量消耗电荷的不可逆反应。

作为这种不可逆反应的结果，可以在阳极的表面处形成钝化层，例如固体电解质界面(SEI)层。另外，可以在阴极的表面处形成保护层。

在这点上，使用现有有机电解液形成的SEI层和/或保护层可能容易分解。这种SEI层和/或保护层可能在高温下表现出降低的稳定性。

因此，可期望能够形成具有改善的高温稳定性的SEI层和/或保护层的有机电解液。

本文中已公开了示例性实施方式，并且尽管采用了特定术语，但是它们仅仅在一般和描述意义上使用和解释，而非出于限制的目的。在某些情况下，如本领域普通技术人员在提交本申请时将显而易见的，与具体实施方式结合描述的特征、特性和/或要素可单独使用或者与结合其它实施方式描述的特征、特性和/或要素组合使用，除非另有明确说明。因此，本领域技术人员将明白，在不脱离如所附权利要求中阐述的主旨和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种有机电解液，其包含：

第一锂盐；

有机溶剂；和

由下式4表示的二环硫酸酯类化合物：

<式4>

其中，在式4中，R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇和R₂₈各自独立地为氢、F、Cl、Br、I、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、三氟甲基或四氟乙基，

其中所述有机电解液包括环状碳酸酯化合物，并且

其中基于所述有机电解液的总重量，所述环状碳酸酯化合物的量为0.01wt％至5wt％。

2.如权利要求1所述的有机电解液，其中所述二环硫酸酯类化合物由下式6-8和10-13中的一个表示：

<式8>

3.如权利要求1所述的有机电解液，其中基于所述有机电解液的总重量，所述二环硫酸酯类化合物的量为0.01wt％至10wt％。

4.如权利要求1所述的有机电解液，其中所述有机电解液中的所述第一锂盐包含选自LiPF₆；LiBF₄；LiSbF₆；LiAsF₆；LiClO₄；LiCF₃SO₃；Li(CF₃SO₂)₂N；LiC₄F₉SO₃；LiAlO₂；LiAlCl₄；LiN(C_xF_2x+1SO₂)(C_yF_2y+1SO₂)，其中2≤x≤20且2≤y≤20；LiCl和LiI中的至少一个。

5.如权利要求1所述的有机电解液，其中所述环状碳酸酯化合物选自：碳酸亚乙烯基酯；被选自卤素、氰基和硝基中的至少一个取代基取代的碳酸亚乙烯基酯；乙烯基碳酸乙二酯；被选自卤素、氰基和硝基中的至少一个取代基取代的乙烯基碳酸乙二酯；氟代碳酸乙二酯；和被选自卤素、氰基和硝基中的至少一个取代基取代的氟代碳酸乙二酯。

6.如权利要求1所述的有机电解液，其中所述有机电解液进一步包含由下式18至式25中的一个表示的第二锂盐：

7.如权利要求6所述的有机电解液，其中基于所述有机电解液的总重量，所述第二锂盐的量为0.1wt％至5wt％。

8.一种锂电池，其包含：

阴极；

阳极；和

如权利要求1-7中任一项所述的有机电解液。

9.如权利要求8所述的锂电池，其中所述阴极包含含镍层状锂过渡金属氧化物。

10.如权利要求8所述的锂电池，其中所述锂电池具有3.8V或以上的电压。

Images