CN110931853A - 锂电池 - Google Patents

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Abstract

锂电池包括：包含阴极活性物质的阴极；包含阳极活性物质的阳极；以及阴极和阳极之间的有机电解质溶液。阳极活性物质包括基于金属的阳极活性物质。有机电解质溶液包括第一锂盐；有机溶剂；和由下式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：<式1>
Figure DDA0002051507180000011
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，并且A3和A4不都是共价键。

Description

锂电池
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年9月19日提交的题目为“锂电池”的美国专利申请系列号15/422,873的美国部分继续案第16/135,403号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明多个实施方式涉及锂电池。
背景技术
锂电池被用作便携式电子设备(包括摄像机、移动电话、笔记本电脑等)的驱动电源。锂二次电池可以以高倍率再充电，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。
发明内容
本发明多个实施方式涉及锂电池，所述锂电池包括：包含阴极活性物质的阴极，包含阳极活性物质的阳极，以及在阴极和阳极之间的有机电解质溶液。阳极活性物质包括基于金属的阳极活性物质。有机电解质溶液包括第一锂盐；有机溶剂；和由下面式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：
<式1>
Figure BDA0002051507160000011
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，并且A3和A4不都是共价键。
A1、A2、A3和A4中的至少一个为未取代或取代的C1-C5亚烷基，其中取代的C1-C5亚烷基的取代基为选自下列中的至少一种：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。
A1、A2、A3和A4中的至少一个为未取代或取代的C1-C5亚烷基，其中取代的C1-C5亚烷基的取代基为卤素、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。
取代的C1-C5亚烷基的取代基可包括具有至少一个杂原子的极性官能团，其中所述极性官能团是选自下列中的至少一种：-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、
Figure BDA0002051507160000021
Figure BDA0002051507160000022
Figure BDA0002051507160000031
其中，在上述式中，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，并且
Figure BDA0002051507160000032
表示与相邻原子的结合位点。
基于双环硫酸酯的化合物可由式2或3表示：
Figure BDA0002051507160000033
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；并且E1和E2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。
基于双环硫酸酯的化合物可由式4或式5表示：
Figure BDA0002051507160000034
Figure BDA0002051507160000041
其中，在式4和式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、吡咯基或吡啶基。
基于双环硫酸酯的化合物可由以下式6至式17中的一个表示：
Figure BDA0002051507160000042
Figure BDA0002051507160000051
基于有机电解质溶液的总重量，基于双环硫酸酯的化合物的量可为约0.4wt％至约5wt％。
有机电解质溶液中的第一锂盐可包括选自下列中的至少一种：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中2≤x≤20且2≤y≤20)、LiCl和LiI。
有机电解质溶液可进一步包含环状碳酸酯化合物，所述环状碳酸酯化合物选自碳酸亚乙烯酯(VC)，被选自卤素、氰基(-CN)和硝基(-NO2)中的至少一个取代基所取代的VC，碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)，被选自卤素、-CN和-NO2中的至少一个取代基所取代的VEC，氟代碳酸亚乙酯(FEC)，以及被选自卤素、-CN和-NO2中的至少一个取代基所取代的FEC。
基于有机电解质溶液的总重量，环状碳酸酯化合物的量可为约0.6wt％至约10wt％。
有机电解质溶液可进一步包含第二锂盐，第二锂盐与第一锂盐不同，并且由以下式18至式25中的一个表示：
Figure BDA0002051507160000052
Figure BDA0002051507160000061
基于有机电解质溶液的总重量，第二锂盐的量可为约0.1wt％至约5wt％。
基于金属的阳极活性物质可包括选自下列中至少一种：基于硅的化合物，和基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料。
基于金属的阳极活性物质可包括氧化硅(SiOx其中0<x<2)。
基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料可包括碳涂布的硅纳米颗粒。
基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料的平均颗粒直径可为约5μm至约20μm，并且硅纳米颗粒的平均颗粒直径可为约200nm或更小。
基于阳极混合物的总重量，基于金属的阳极活性物质的量可为约1wt％至约10wt％。
锂电池可具有约3.8V或更高的高电压。
附图说明
通过参考附图详细描述示例性实施方式，各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1-1和2-1以及比较例1-1制造的锂电池在室温下的放电容量的图；
图2示出了显示实施例1-1和2-1以及比较例1-1的锂电池在室温下的容量保持率的图；
图3示出了显示实施例1-1和2-1以及比较例1-1的锂电池在高温下的放电容量的图；
图4示出了显示实施例1-1和2-1以及比较例1-1的锂电池在高温下的容量保持率的图；
图5示出了显示实施例1-1和比较例1-1的锂电池在室温下的容量保持率的图；
图6示出了显示实施例1-1和比较例1-1的锂电池在高温下的容量保持率的图；并且
图7示出了根据一个实施方式的锂电池的视图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述示例性实施方式；然而，它们可以以不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开透彻和完整，并且将向本领域技术人员充分传达示例性实施方案。
根据实施方式的锂电池可包括：包含阴极活性物质的阴极，包含阳极活性物质的阳极，以及在阴极和阳极之间的有机电解质溶液，其中阳极活性物质包括基于金属的阳极活性物质，并且有机电解质溶液包括第一锂盐、有机溶剂、和由下面式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：
<式1>
Figure BDA0002051507160000071
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不都是共价键并，且A3和A4不都是共价键。
包括基于双环硫酸酯的化合物作为用于锂电池的添加剂的有机电解质溶液可增强电池性能，比如高温特性、寿命特性等。
另外，当阳极包括基于金属的阳极活性物质作为阳极活性物质时，可进一步增强锂电池的寿命特性和高温稳定性。
基于双环硫酸酯的化合物可具有其中两个硫酸酯环以螺环形式彼此连接的结构。
不受任何特定理论的束缚并且为了更好地理解，现在将进一步详细地描述通过向电解质溶液中添加基于双环硫酸酯的化合物来改善锂电池性能的原因。
当电解质溶液中包含基于双环硫酸酯的化合物时，基于双环硫酸酯的化合物的硫酸酯基团可以通过在充电期间从阳极表面接受电子而自身还原，或者可以与先前还原的极性溶剂分子反应，从而影响在阳极表面形成的SEI层的特性。即，与极性溶剂相比，包含硫酸酯基团的基于双环硫酸酯的化合物可以更容易地从阳极接受电子。例如，在极性溶剂被还原之前，基于双环硫酸酯的化合物可以在比极性溶剂还原所需电压更低的电压下还原。
例如，基于双环硫酸酯的化合物具有硫酸酯基团，并因此在充电期间可以更容易地还原和/或分解成自由基和/或离子。结果，自由基和/或离子与锂离子结合以在阳极上形成适当的SEI层，从而防止形成通过进一步分解溶剂而获得的产物。基于双环硫酸酯的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，或者可以被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层即使在长时间充电和放电之后也可以更耐用。在锂离子嵌入电极期间，耐用的改性SEI层反而可以更有效地阻止有机溶剂溶剂化锂离子的共嵌入。因此，改性SEI层可以更有效地阻止有机溶剂和阳极之间的直接接触，以进一步改善锂离子的嵌入/脱嵌的可逆性，从而达到制造的电池的放电容量的增加和寿命特性的改善。
而且，由于包含硫酸酯基团，基于双环硫酸酯的化合物可以在阴极表面上配位，从而影响在阴极表面上形成的保护层的特性。例如，硫酸酯基团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善的稳定性的改性保护层，即使在长时间充电和放电之后，该保护层也比仅由有机溶剂形成的保护层更耐用。此外，耐用的改性保护层可以在锂离子嵌入电极期间更有效地阻止有机溶剂溶剂化锂离子的共嵌入。因此，改性保护层可以更有效地阻止有机溶剂和阴极之间的直接接触，以进一步改善锂离子的嵌入/脱嵌的可逆性，从而达到制造的电池的提高的稳定性和改善的寿命特性。
此外，基于双环硫酸酯的化合物具有其中多个环以螺环形式连接的结构，并因此比通常的基于硫酸酯的化合物具有相对更大的分子量，因此，其可以是热稳定的。
例如，基于双环硫酸酯的化合物可以在阳极表面或阴极表面的保护层处形成SEI层，并且由于改善了热稳定性，其可以表现出高温制造的锂电池的增强的寿命特性。
在包含在有机电解质溶液中的上述式1的基于双环硫酸酯的化合物中，A1、A2、A3和A4中的至少一个可为未取代或取代的C1-C5亚烷基，并且取代的C1-C5亚烷基的取代基可为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中的至少一个可为未取代或取代的C1-C5亚烷基，并且取代的C1-C5亚烷基的取代基可为卤素、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。即，取代的C1-C5亚烷基的取代基可为可用于本领域中所用的亚烷基的任何合适的取代基。
在一些实施方案中，在上述式1的基于双环硫酸酯的化合物中，取代的C1-C5亚烷基的取代基可为具有杂原子的极性官能团，并且该极性官能团的杂原子可为选自卤素、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可为选自下列中的至少一种：-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、
Figure BDA0002051507160000091
Figure BDA0002051507160000092
Figure BDA0002051507160000101
在上述式中，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，并且
Figure BDA0002051507160000102
表示与相邻原子的结合位点。
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为氟(F)。
例如，包含在有机电解质溶液中的基于双环硫酸酯的化合物可由式2或3表示：
Figure BDA0002051507160000103
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；并且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、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，基于双环硫酸酯的化合物可由式4或5表示：
Figure BDA0002051507160000111
其中，在式4和式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和式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和式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。
具体地，基于双环硫酸酯的化合物可由以下式6至17中的一个表示：
Figure BDA0002051507160000112
Figure BDA0002051507160000121
如本文所用，表述“Ca-Cb”的a和b表示特定官能团的碳原子数。即，官能团可包括a至b个碳原子。例如，表述“C1-C4烷基”意指具有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，特定的基团可称为单价基团或二价基团。例如，当取代基需要两个结合位点用于与分子的其余部分结合时，取代基可理解为二价基团。例如，需要两个结合位点的指定为烷基的取代基可为二价基团，例如-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-等。本文所用的术语“亚烷基”明确表示该基团是二价基团。
本文所用的术语“烷基”和“亚烷基”是指支链或非支链脂肪族烃基。在一个实施方式中，烷基可以是取代的或未取代的。烷基的实例包括甲基、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，其中这些基团的每一个都可以是可选地取代或未取代的。在一个实施方式中，烷基可具有1～6个碳原子。例如，C1-C6烷基可为甲基、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”意指完全饱和的碳环或环体系。例如，环烷基可为环丙基、环丁基、环戊基和环己基。
本文所用的术语“烯基”是指具有2～20个碳原子且具有至少一个碳-碳双键的烃基。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。在一个实施方式中，这些烯基可以是取代的或未取代的。在一个实施方式中，烯基可具有2～40个碳原子。
本文所用的术语“炔基”是指具有2～20个碳原子且具有至少一个碳-碳三键的烃基。炔基的实例包括乙炔基、1-丙炔基、1-丁炔基和2-丁炔基。在一个实施方式中，这些炔基可以是取代的或未取代的。在一个实施方式中，炔基可具有2～40个碳原子。
本文所用的术语“芳族”是指具有共轭π电子体系的环或环体系，并且可以是指碳环芳族基团(例如，苯基)和杂环芳族基团(例如吡啶)。在这方面，芳族环体系整体上可包括单环或稠合多环(即，共享相邻原子对的环)。
本文所用的术语“芳基”是指在其主链中仅具有碳原子的芳族环或环体系(即，由至少两个共享两个相邻碳原子的环稠合的环)。当芳基是环体系时，环体系中的每个环都是芳族的。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体系，其中至少一个环原子不是碳，即杂原子。在稠合环体系中，至少一个杂原子可仅存在于一个环中。例如，杂原子可为氧、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”是指通过亚烷基以取代基形式连接的芳基，例如C7-C14芳烷基。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。在一个实施方式中，亚烷基可为低级亚烷基(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体系。例如，环烯基可为环己烯基。
如本文所用的术语“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体系。
本文所用的术语“卤素”是指属于元素周期表第17族的稳定元素，例如氟、氯、溴或碘。例如，卤素可为氟和/或氯。
在本说明书中，取代基可以通过用另一个原子或官能团取代未取代的母基团中的至少一个氢原子而得到。除非另有说明，否则术语“取代的”意指上面列出的官能团被选自下列中的至少一个取代基所取代：C1-C40烷基、C2-C40烯基、C3-C40环烷基、C3-C40环烯基和C7-C40芳基。本文所用的短语“可选地取代的”意指上述官能团可以被上述取代基取代或可以是未取代的。
基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中作为添加剂的式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.4wt％至约5wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中的式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.5wt％至约5wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.6wt％至约5wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.7wt％至约5wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.4wt％至约4.5wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.4wt％至约4wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.4wt％至约3.5wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量可在约0.4wt％至约3wt％的范围内。当式1的基于双环硫酸酯的化合物的量在上述范围内时，可以获得进一步增强的电池特性。
包含在有机电解质溶液中的第一锂盐可包括选自下列中的至少一种：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中2≤x≤20且2≤y≤20)、LiCl和LiI。
有机电解质溶液中的第一锂盐的浓度可为例如约0.01M至约2.0M。可根据需要适当地调节有机电解质溶液中的第一锂盐的浓度。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。
有机电解质溶液中包含的有机溶剂可为低沸点溶剂。低沸点溶剂是指在25℃下、在1个大气压下沸点为200℃或更低的溶剂。
例如，有机溶剂可包括选自下列中的至少一种：碳酸二烷基酯、环状碳酸酯、直链或环状酯、直链或环状酰胺、脂环族腈、直链或环状醚及其衍生物。
例如，有机溶剂可包括选自下列中的至少一种：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、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯、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。例如，有机溶剂可以是本领域可获得的具有低沸点的任何合适的溶剂。
除了基于双环硫酸酯的化合物之外，有机电解质溶液可进一步包含其他添加剂。由于进一步包含其他添加剂，可以获得具有进一步增强的性能的锂电池。
进一步包含在有机电解质溶液中的添加剂可包括环状碳酸酯化合物、第二锂盐等。
例如，有机电解质溶液可进一步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酯(VC)，被选自卤素、氰基(-CN)和硝基(-NO2)中的至少一个取代基所取代的VC，碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)，被选自卤素、-CN和-NO2中的至少一个取代基所取代的VEC；氟代碳酸亚乙酯(FEC)，以及被选自卤素、-CN和-NO2中的至少一个取代基所取代的FEC。例如，环状碳酸酯化合物可为氟代碳酸亚乙酯(FEC)。当有机电解质溶液进一步包含环状碳酸酯化合物作为添加剂时，包含有机电解质溶液的锂电池可具有进一步增强的充电和放电特性。
基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在例如约0.6wt％至约10wt％的范围内。例如，环状碳酸酯可为氟代碳酸亚乙酯(FEC)，并且基于有机电解质溶液的总重量，其量可为约0.6wt％至约10wt％。环状碳酸酯化合物的量可根据需要适当调节。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约0.8wt％至约10wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约1wt％至约10wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约2wt％至约10wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约2wt％至约9wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约2wt％至约8wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约2.5wt％至约8wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约2.5wt％至约7.5wt％的范围内。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可在约2.5wt％至约7wt％的范围内。当环状碳酸酯化合物的量在上述范围内时，可以获得具有进一步增强的特性的电池。
例如，有机电解质溶液可进一步包含第二锂盐作为添加剂。第二锂盐区别于(即，不同于)第一锂盐，第二锂盐的阴离子可为草酸根、PO2F2 -、N(SO2F)2 -等。例如，第二锂盐可以是由以下式18至25中的一个表示的化合物：
Figure BDA0002051507160000151
Figure BDA0002051507160000161
基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为例如约0.1wt％至约5wt％。如果必要，可以适当调节第二锂盐的量。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为约0.1wt％至约4.5wt％。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为约0.1wt％至约4wt％。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为约0.1wt％至约3wt％。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为约0.1wt％至约2wt％。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为约0.2wt％至约2wt％。例如，基于有机电解质溶液的总重量，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为约0.2wt％至约1.5wt％。当第二锂盐的量在上述范围内时，可以获得具有进一步增强的特性的电池。
有机电解质溶液可以是液态或凝胶态。可以通过将上述第一锂盐和添加剂添加到上述有机溶剂中来制备有机电解质溶液。
在锂电池中，基于金属的阳极活性物质可为基于硅的化合物和/或基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料。例如，基于金属的阳极活性物质可为氧化硅(例如，SiOx其中0<x<2)。例如，基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料可包括碳涂布的硅纳米颗粒。基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料的平均颗粒直径可为约5μm至约20μm，并且硅纳米颗粒的平均颗粒直径可为约200nm或更小，或，例如，约10nm至约200nm。如本文使用的术语“平均颗粒直径”是指在球形颗粒的情况下的平均直径和在非球形颗粒的情况下的平均主轴长度。可使用粒度分析仪(PSA)测量平均颗粒直径。基于阳极混合物的总重量，阳极中基于金属的阳极活性物质的量的范围可为约1wt％至约10wt％，或，例如，约2wt％至约10wt％，或，例如，约3wt％至约10wt％，或，例如，约4wt％至约10wt％，或，例如，约5wt％至约10wt％。阳极混合物可包括用于形成阳极活性物质浆料的除溶剂之外的物质，例如，其可包括阳极活性物质、导电物质和粘合剂。
锂电池的类型的实例包括锂二次电池(比如锂离子电池、锂离子聚合物电池，锂硫电池等)，和锂一次电池。
例如，在锂电池中，阴极可包括含镍层状锂过渡金属氧化物。例如，锂电池可具有约3.80V或更高的高电压。例如，锂电池可具有约4.0V或更高的高电压。例如，锂电池可具有约4.35V或更高的高电压。
例如，可使用以下方法制造锂电池。
可以通过合适的方法制备阴极。例如，制备阴极活性物质组合物，其中将阴极活性物质、导电物质、粘合剂和溶剂混合。可以将阴极活性物质组合物直接涂覆到金属集电器上，从而完成阴极板的制造。在一些实施方案中，可将阴极活性物质组合物浇铸在单独的支撑件上，并且可将与支撑件分离的膜层压在金属集电器上，从而完成阴极板的制造。
阴极活性物质可为含锂金属氧化物。例如，阴极活性物质可为由下式中的任何一个表示的化合物：LiaA1-bB'bD2，其中0.90≤a≤1.8且0≤b≤0.5；LiaE1-bB'bO2-cDc，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5且0≤c≤0.05；LiE2-bB'bO4-cDc，其中0≤b≤0.5且0≤c≤0.05；LiaNi1-b-cCobB'cDα，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05且0<α≤2；LiaNi1-b-cCobB'cO2-αF'α，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5、0≤c≤0.05且0<α<2；LiaNi1-b-cCobB'cO2-αF'2，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5、0≤c≤0.05且0<α<2；LiaNi1-b-cMnbB'cDα，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5、0≤c≤0.05且0<α≤2；LiaNi1-b-cMnbB'cO2-αF'α，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5、0≤c≤0.05且0<α<2；LiaNi1-b-cMnbB'cO2-αF'2，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5、0≤c≤0.05且0<α<2；LiaNibEcGdO2，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5且0.001≤d≤0.1；LiaNibCocMndGeO2，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；LiaNiGbO2，其中0.90≤a≤1.8并且0.001≤b≤0.1；LiaCoGbO2其中0.90≤a≤1.8并且0.001≤b≤0.1；LiaMnGbO2，其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1；LiaMn2GbO4，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；以及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(Mn)、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；J可选自V、Cr、Mn、Co、Ni、铜(Cu)及其组合。
例如，可进一步使用LiCoO2；LiMnxO2x其中x＝1或2；LiNi1-xMnxO2x其中0<x<1；LiNi1-x-yCoxMnyO2其中0<1-x-y<0.6，0≤x≤0.5，且0≤y≤0.5；LiFePO4等。
此外，上述用作阴极活性物质的含锂金属氧化物可在其表面具有涂层。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。涂层可包括涂覆元素化合物，例如涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的氧碳酸盐或涂覆元素的羟基碳酸盐。涂覆元素化合物可以是非晶的或结晶的。涂层中包含的涂覆元素可选自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。通过使用不会对阴极活性物质的物理性质产生不利影响的合适方法(例如喷涂、浸渍等)，通过使用上述化合物中的涂覆元素可以形成涂层。
可以使用合适的导电物质。导电物质可为例如炭黑、石墨颗粒等。
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、其混合物以及苯乙烯丁二烯橡胶基聚合物。
溶剂可以是本领域所用的合适的溶剂，比如，例如，N-甲基吡咯烷酮、丙酮、水等。
阴极活性物质、导电物质、粘合剂和溶剂的量可与一般锂电池中使用的那些的水平相同。根据所需锂电池的用途和构造，可以不使用导电物质、粘合剂和溶剂中的至少一种。
可通过合适的制造方法制备阳极。例如，通过将阳极活性物质、导电物质、粘合剂和溶剂混合来制备阳极活性物质组合物。可将阳极活性物质组合物直接涂覆到金属集电器上并干燥以获得阳极板。在另一实施方案中，可将阳极活性物质组合物浇铸在单独的支撑件上，并且可将与支撑件分离的膜层压在金属集电器上以完成阳极板的制造。
除了上述基于金属的阳极活性物质，可使用用于锂电池的合适的阳极活性物质。例如，阳极活性物质可进一步包括选自锂金属、可与锂成合金的金属、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，可与锂成合金的金属可为Si、Sn、Al、Ge、铅(Pb)、铋(Bi)、锑(Sb)、Si-Y'合金(Y'为碱金属、碱土金属、第13族和14族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，并且不为Si)、Sn-Y'合金(Y'为碱金属、碱土金属、第13和14族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，并且不为Sn)等。元素Y'可选自Mg、Ca、Sr、钡(Ba)、镭(Ra)、Sc、Y、Ti、Zr、铪(Hf)、
Figure BDA0002051507160000191
(Rf)、V、铌(Nb)、钽(Ta)、
Figure BDA0002051507160000194
(Db)、Cr、Mo、钨(W)、
Figure BDA0002051507160000195
(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、
Figure BDA0002051507160000192
(Bh)、Fe、Pb、钌(Ru)、锇(Os)、
Figure BDA0002051507160000193
(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，过渡金属氧化物可为锂钛氧化物、氧化钒、锂钒氧化物等。
例如，非过渡金属氧化物可为SnO2等。
例如，碳质材料可为结晶碳、非晶碳或其混合物。结晶碳的实例包括天然石墨和人造石墨，它们各自具有不规则形状或呈板状、片状、球状或纤维状。非晶碳的实例包括软碳(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，可以使用与阴极活性物质组合物中使用的导电物质和粘合剂相同的导电物质和粘合剂。
阳极活性物质、导电物质、粘合剂和溶剂的量可与一般锂电池中使用的那些的水平相同。根据所需锂电池的用途和构造，可以不使用导电物质、粘合剂和溶剂中的至少一种。
可以制备要设置在阴极和阳极之间的合适隔板。作为隔板，可以使用对电解质中的离子迁移具有低阻力并且具有高电解质保持能力的隔板。隔板的实例可包括玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)及其组合，它们中的每一种可以是无纺或纺布织物。例如，由聚乙烯、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质溶液保持能力的隔板可用于锂离子聚合物电池。例如，可根据以下方法制造隔板。
可以将聚合物树脂、填料和溶剂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覆到电极上并干燥以形成隔板。在另一实施方式中，可以将隔板组合物浇铸到支撑件上并干燥，然后可以将与支撑件分离的隔板膜层压在电极的上部，从而完成隔板的制造。
用于电极板的粘合剂的合适材料可以用于制造隔板。例如，聚合物树脂可为偏二氟乙烯/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。
可以如上所述制备有机电解质溶液。
如图7所示，锂电池1包括阴极3、阳极2和隔板4。阴极3、阳极2和隔板4卷绕或折叠，然后容纳在电池壳体5中。随后，将有机电解质溶液注入到电池壳体5中，并且用盖组件6密封电池壳体5，从而完成锂电池1的制造。电池壳体5可具有圆柱形、矩形或薄膜形状。
隔板4可以设置在阴极3和阳极2之间以形成电池组件。多个电池组件可以堆叠成双电池结构并且用有机电解质溶液浸渍，并且将所得物放入袋中并密封，从而完成锂电池的制造。
电池组件可以堆叠以形成电池组，并且这种电池组可以用在需要高容量和高功率输出的任何装置中。例如，电池组可以用于笔记本电脑、智能电话、电动车等。
锂电池具有优异的寿命特性和高倍率特性，因此可用于电动车(EV)。例如，锂电池可以用于混合动力车，例如插电式混合电动车(PHEV)等。锂电池还可用于需要存储大量电力的领域。例如，锂电池可用于电动自行车、电动机驱动的工具等。
提供以下实施例和比较例以突出一个或多个实施方式的特征，但应理解，实施例和比较例不应解释为限制实施方式的范围，比较例也不应被解释为在实施方式的范围之外。此外，应理解，实施方式不限于实施例和比较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
可以根据下面的反应方案1制备式6化合物：
<反应方案1>
Figure BDA0002051507160000211
化合物A的合成
将68.0g(0.499mol)季戊四醇和100g分子筛(4A型)添加到体积比为1:1的四氢呋喃(THF)和二氯甲烷(DCM，CH2Cl2)的混合溶剂中，并将所得溶液回流20分钟。随后，将110ml(2.8当量，1.40mol)亚磺酰氯(SOCl2)添加到所得物中，并将所得溶液回流8小时直至季戊四醇通过反应完全消耗，从而得到淡黄色溶液。将得到的淡黄色溶液过滤并浓缩，以得到含有淡黄色固体的残余物。此后，将1L饱和碳酸氢钠(NaHCO3)溶液以泡腾最小化的速率直接添加到残余物中，以得到悬浮液。将悬浮液剧烈搅拌20分钟。然后，过滤悬浮液，并将得到的固体添加到1L纯净水中，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，从而得到104.61g(0.458mol)化合物A(产率：92％)。
化合物A的1H-NMR和13C-NMR数据与文献中的相同。
化合物B的合成
如以上反应方案1中所示，根据Canadian Journal of Chemistry,79,2001,第1042页中公开的方法，由化合物A合成由下式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质溶液。
<式6>
Figure BDA0002051507160000212
有机电解质溶液的制备
实施例1：SEI-1316 1.0wt％
将作为锂盐的0.90M LiPF6和1wt％的式6化合物添加到体积比为3:5:2的碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂中，以制备有机电解质溶液。
<式6>
Figure BDA0002051507160000221
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质溶液，不同之处是使用1wt％的式6化合物和0.5wt％的碳酸亚乙烯酯(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质溶液，不同之处是将用作添加剂的式6化合物的量改变为0.5wt％。
实施例11：SEI-1316 1.0wt％+FEC 0.5wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用1wt％的式6化合物和0.5wt％的氟代碳酸亚乙酯(FEC)作为添加剂。
实施例12：SEI-1316 5.0wt％+FEC 0.5wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用5wt％的式6化合物和0.5wt％的FEC作为添加剂。
实施例13：SEI-1316 0.3wt％+FEC 1wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用0.3wt％的式6化合物和1wt％的FEC作为添加剂。
实施例14：SEI-1316 1.0wt％+FEC 1wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用1wt％的式6化合物和1wt％的FEC作为添加剂。
实施例15：SEI-1316 1.5wt％+FEC 1wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用1.5wt％的式6化合物和1wt％的FEC作为添加剂。
实施例16：SEI-1316 5wt％+FEC 1wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用5wt％的式6化合物和1wt％的FEC用作添加剂。
实施例17：SEI-1316 1.0wt％+FEC 2wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用1wt％的式6化合物和2wt％的FEC作为添加剂。
实施例18：SEI-1316 0.7wt％+FEC 3wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用0.7wt％的式6化合物和3wt％的FEC作为添加剂。
实施例19：SEI-1316 1.0wt％+FEC 3wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是1wt％的式6化合物和3wt％的FEC作为添加剂。
实施例20：SEI-1316 2.0wt％+FEC 3wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用2wt％的式6化合物和3wt％的FEC作为添加剂。
实施例21：SEI-1316 3.0wt％+FEC 3wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用3wt％的式6化合物和3wt％的FEC作为添加剂。
实施例22：SEI-1316 1.0wt％+FEC 5wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用1wt％的式6化合物和5wt％的FEC作为添加剂。
实施例23：SEI-1316 1.5wt％+FEC 7wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用1.5wt％的式6化合物和7wt％的FEC作为添加剂。
实施例24：SEI-1316 2.0wt％+FEC 7wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是使用2wt％的式6化合物和7wt％的FEC用作添加剂。
实施例25：SEI-1316 1.0wt％+FEC 12wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是1wt％的式6化合物和12wt％的FEC用作添加剂。
比较例1：SEI-1316 0wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是不使用作为添加剂的式6化合物。
锂电池的制造(实施例1-1至3-1和比较例1)
实施例1-1
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)、1.0wt％的作为粘合剂的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)(由Zeon制造)和1.0wt％羧甲基纤维素(CMC)(由NIPPON A&L制造)混合在一起，将混合物加入蒸馏水中，并使用机械搅拌器搅拌所得溶液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覆到厚度为10μm的铜(Cu)集电器上至约60μm的厚度，并且将集电器在100℃的热空气干燥器中干燥0.5小时，随后在以下条件下进一步干燥：在120℃的真空中进行4小时，并进行辊压，从而完成阳极板的制造。
阴极的制造
将97.45wt％的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、0.5wt％的作为导电物质的粉末型人造石墨(由Timcal制造的SFG6)、0.7wt％的炭黑(由ECP制造的科琴黑)、0.25wt％的改性丙烯腈橡胶(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)混合在一起，将混合物添加到作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮中，并使用机械搅拌器搅拌所得溶液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覆到厚度为20μm的铝(Al)集电器上至约60μm的厚度，并且将集电器在100℃的热空气干燥器中干燥0.5小时，随后在以下条件下进一步干燥：在120℃的真空中进行4小时，并进行辊压，从而完成阴极板的制造。
使用厚度为14μm的聚乙烯隔板，其阴极侧涂覆有陶瓷，并且使用根据实施例1制备的有机电解质溶液来完成锂电池的制造。
实施例2-1和3-1
以与实施例1-1相同的方式制造锂电池，不同之处是分别使用根据实施例2和3制备的有机电解质溶液代替实施例1的有机电解质溶液。
比较例1-1
以与实施例1-1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据比较例1制备的有机电解质溶液代替实施例1的有机电解质溶液。
评价例1：在4.25V和室温(25℃)下充电和放电特性的评价
将根据实施例1-1至3-1和比较例1-1制造的锂电池各自在25℃下以0.1C倍率的恒定电流充电，直到电压达到4.25V(相对于Li)，然后，在保持4.25V的恒定电压的同时，以0.05C倍率的电流切断充电过程。随后，以0.1C倍率的恒定电流对每个锂电池放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第一次循环)。
将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，直到电压达到4.25V(相对于Li)，然后，在保持4.25V的恒定电压的同时，以0.05C倍率的电流切断充电过程。随后，以0.2C倍率的恒定电流对每个锂电池放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第二次循环)。
将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，直到电压达到4.25V(相对于Li)，然后，在保持4.25V的恒定电压的同时，以0.05C倍率的电流切断充电过程。随后，以1.0C倍率的恒定电流对每个锂电池放电，直到电压达到2.75V(相对于Li)，并且重复该充电和放电循环380次。
在所有充电和放电循环中，在每次充电/放电循环结束时有10分钟的休息时间。
充电和放电实验结果的一部分显示在下面的表1中以及图1和2中。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
第380次循环的放电容量[mAh/g] 第380次循环的容量保持率[％]
实施例1-1 202 75
实施例2-1 228 82
比较例1-1 173 63
如表1以及图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1-1和2-1的锂电池，与不含这种添加剂的比较例1-1的锂电池相比，在室温下表现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℃)下充电和放电特性的评价
除了将充电和放电温度改变为45℃之外，使用与评价例1中使用的相同的方法来评价实施例1-1至3-1和比较例1-1的锂电池的充电和放电特性。同时，将充电和放电循环次数改变为200次循环。
充电和放电实验结果的一部分显示在下面的表2中以及图3和4中。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
第200次循环的放电容量[mAh/g] 第200次循环的容量保持率[％]
实施例1-1 249 83
实施例2-1 255 84
比较例1-1 235 79
如表2以及图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1-1和2-1的锂电池，与不含这种添加剂的比较例1-1的锂电池相比，在高温下表现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℃)下充电和放电特性的评价
将实施例1-1和比较例1-1的锂电池各自在25℃下以0.1C倍率的恒定电流充电，直到电压达到4.30V(相对于Li)，然后，在保持4.30V的恒定电压的同时，以0.05C倍率的电流切断充电过程。随后，以0.1C倍率的恒定电流对每个锂电池放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第一次循环)。
将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，直到电压达到4.30V(相对于Li)，然后，在保持4.30V的恒定电压的同时，以0.05C倍率的电流切断充电过程。随后，以0.2C倍率的恒定电流对每个锂电池放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第二次循环)。
将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，直到电压达到4.30V(相对于Li)，然后，在保持4.30V的恒定电压的同时，以0.05C倍率的电流切断充电过程。随后，以1.0C倍率的恒定电流对每个锂电池放电，直到电压达到2.75V(相对于Li)，并且重复该充电和放电循环250次。
在所有充电和放电循环中，在每次充电/放电循环结束时有10分钟的休息时间。
充电和放电实验结果的一部分显示在下面的表3和图5中。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
第250次循环的放电容量[mAh/g] 第250次循环的容量保持率[％]
实施例1-1 171 84
比较例1-1 154 77
如表3和图5所示，包含根据本公开的实施方式的添加剂的实施例1-1的锂电池，与不含这种添加剂的比较例1-1的锂电池相比，在室温下表现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℃)下充电和放电特性的评价
除了将充电和放电温度改变为45℃之外，使用与评价例3中使用的相同的方法评价实施例1-1和比较例1-1的锂电池的充电和放电特性。并且，将充电和放电循环次数改变为200次循环。
充电和放电实验结果的一部分显示在下面的表4和图6中。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
第200次循环的放电容量[mAh/g] 第200次循环的容量保持率[％]
实施例1-1 189 90
比较例1-1 174 84
如表4和图6所示，包含根据本公开的实施方式的添加剂的实施例1-1的锂电池，与不含这种添加剂的比较例1-1的锂电池相比，在高温下表现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
如下对实施例1-1至3-1和比较例1-1的锂电池进行第一次充电和放电循环。在25℃下以0.5C倍率的恒定电流对每个锂电池充电，直到电压达到4.3V，然后，在保持4.3V的恒定电压时，对每个锂电池充电直到电流达到0.05C，然后以0.5C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V。
如下对每个锂电池进行第二次充电和放电循环。以0.5C倍率的恒定电流对每个锂电池充电，直到电压达到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到电流达到0.05C，然后以0.2C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V。
如下对每个锂电池进行第三次充电和放电循环。以0.5C倍率的恒定电流对每个锂电池充电，直到电压达到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到电流达到0.05C，然后以0.2C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.80V。第3次循环的放电容量视为标准容量。
如下对每个锂电池进行第四次充电和放电循环。以0.5C倍率对每个锂电池充电，直到电压达到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到电流达到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，直到电压达到2.80V。
充电和放电评价结果的一部分显示在下表5中。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4次循环的高温储存后的放电容量/标准容量]×100(本文中，标准容量为第3次循环的放电容量)
表5
储存10天后的容量保持率[％] 储存30天后的容量保持率[％]
实施例3-1 91 87
比较例1-1 90 86
如表5中所示，包含根据本公开的实施方式的有机电解质溶液的实施例3-1的锂电池，与不含本公开的有机电解质溶液的比较例1-1的锂电池相比，表现出显著增强的高温稳定性。
评价例6：高温(60℃)储存后的直流内部电阻(DC-IR)评价
使用以下方法在室温(25℃)下测量放置在60℃的烘箱中之前、在60℃的烘箱中储存10天之后以及在60℃的烘箱中储存30天之后的实施例1-1至3-1和比较例1-1的每个锂电池的DC-IR。
如下对每个锂电池进行第一次充电和放电循环。以0.5C的电流对每个锂电池充电，直到电压达到50％SOC(充电状态)，以0.02C切断充电过程，然后将每个锂电池静置10分钟。随后，对每个锂电池进行以下处理：以0.5C的恒定电流放电30秒，然后静置30秒，并且以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分钟，然后静置30秒，并且以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，并且以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，并且以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秒的平均电压降低值是直流电压值。
由测量的初始DC-IR和高温存储之后的DC-IR计算的DC-IR增加的一部分显示在下表6中。DC-IR增加由下面的等式6表示：
等式6
直流内部电阻增加[％]＝[高温储存后的直流内部电阻/初始直流内部电阻]x100
表6
储存10天后的DC-IR增加[％] 储存30天后的DC-IR增加[％]
实施例3-1 113 125
比较例1-1 122 137
如表6所示，包含根据本公开的实施方式的有机电解质溶液的实施例3-1的锂电池，与不含该有机电解质溶液的比较例1-1的锂电池相比，在高温储存之后表现出DC-IR增加的降低。
锂电池的制造(实施例C1至C10和比较例C1至C7)
实施例C1：Si 1.5wt％+FEC 1wt％+SEI-1316 1wt％
阳极的制造
将1.5wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New EnergyTechnology Co.，Ltd.制造的SCN)、96.5wt％的人造石墨(由BTR New Energy TechnologyCo.，Ltd.制造的SMA)、1.0wt％的作为粘合剂的SBR(由ZEON制造)和1.0wt％的CMC(由NIPPON A&L制造)混合在一起，将混合物加入蒸馏水中，并使用机械搅拌器搅拌所得溶液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覆到厚度为10μm的Cu集电器上至约60μm的厚度，并且将涂布的集电器在100℃的热空气干燥器中干燥0.5小时，然后在120℃下进一步真空干燥4小时，并进行辊压，从而完成阳极板的制造。
阴极的制造
将97.45wt％的Li1.02Ni0.60Co0.20Mn0.20O2、0.5wt％的作为导电物质的粉末型人造石墨(由Timcal制造的SFG6)、0.7wt％的炭黑(由ECP制造的科琴黑)、0.25wt％的改性丙烯腈橡胶(由Zeon公司制造的BM-720H)、0.9wt％的PVDF(由Solvay制造的S6020)和0.2wt％的PVDF(由Solvay制造的S5130)混合在一起，将混合物添加到作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮中。用机械搅拌器搅拌所得溶液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覆到厚度为20μm的Al集电器上至约60μm的厚度，并且将集电器在100℃的热空气干燥器中干燥0.5小时，然后在120℃下进一步真空干燥4小时，并进行辊压，从而完成阴极板的制造。
使用厚度为14μm、阴极侧涂有陶瓷的聚乙烯隔板和根据实施例14制备的有机电解质溶液来完成锂电池的制造。
实施例C2：Si 3wt％+FEC 1wt％+SEI-1316 1.5wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用3wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和95wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例15制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C3：Si 10wt％+FEC 3wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)用作阳极活性物质，并且使用根据实施例19制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C4：Si 10wt％+FEC 5wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例22制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C5：Si 10wt％+FEC 7wt％+SEI-1316 1.5wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例23制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C6：Si 10wt％+FEC 7wt％+SEI-1316 2wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例24制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C7：Si 10wt％+FEC 3wt％+SEI-1316 0.7wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例18制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C8：Si 10wt％+FEC 2wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例17制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C9：Si 10wt％+FEC 3wt％+SEI-1316 2wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例20制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
实施例C10：Si 10wt％+FEC 3wt％+SEI-1316 3wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例21制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
比较例C1：Si 0wt％(人造石墨)+FEC 1wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是仅使用98wt％的人造石墨(由Tianjin BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的BSG-L)作为阳极活性物质。
比较例C2：Si 10wt％+FEC 0.5wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例11制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
比较例C3：Si 10wt％+FEC 12wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例25制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
比较例C4：Si 10wt％+FEC 1wt％+SEI-1316 0.3wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)用作阳极活性物质，并且使用根据实施例13制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
比较例C5：Si 10wt％+FEC 0.5wt％+SEI-1316 5wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用10wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和88wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例12制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
比较例C6：Si 15wt％+FEC 1wt％+SEI-1316 5wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用15wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和83wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质，并且使用根据实施例16制备的有机电解质溶液代替实施例14的有机电解质溶液。
比较例C7：Si 20wt％+FEC 1wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例C1相同的方式制造锂电池，不同之处是使用20wt％的包括碳涂布的硅颗粒的碳-硅复合材料(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SCN)和78wt％的人造石墨(由BTR New Energy Technology Co.，Ltd.制造的SMA)作为阳极活性物质。
评价例C1：在4.25V和高温(45℃)下充电和放电特性的评价
使用与评价例2中相同的方法评价根据实施例C1至C10和比较例C1至C7制造的锂电池在高温下的充电和放电特性。
充电和放电实验结果的一部分显示在下面表C1中。使用下面等式7定义第200次循环的容量保持率：
等式7
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]x100
表C1
Figure BDA0002051507160000321
Figure BDA0002051507160000331
如表C1中所示，包含一定量范围内的添加剂的实施例C1至C10的锂电池，与包括超出该一定范围的量的添加剂的比较例C4至C6的锂电池相比，在高温下表现出增强的寿命特性。
另外，包含一定量范围内的基于硅的阳极活性物质的实施例C1至C10的锂电池，与包含超出该一定范围的量的基于硅的阳极活性物质的比较例C1、C6和C7的锂电池相比，在高温下表现出增强的寿命特性。
另外，包含一定量范围内的FEC的实施例C1至C10的锂电池，与包含超出该一定范围的量的FEC的比较例C2、C3和C5的锂电池相比，在高温下表现出增强的寿命特性。
评价例C2：高温(60℃)储存后的DC-IR评价
使用与评价例6中使用的相同方法测量实施例C1至C10和比较例C1至C7的锂电池在高温下储存后的DC-IR。
由测量的初始DC-IR和测量的高温储存后的DC-IR计算的一部分DC-IR增加显示在下面表C2中。DC-IR增加由下面等式6表示：
等式6
直流内部电阻增加[％]＝[高温储存后的直流内部电阻/初始直流内部电阻]x100
表C2
Figure BDA0002051507160000332
Figure BDA0002051507160000341
如表C2中所示，包含在一定量范围内的添加剂的实施例C1至C10的每个锂电池，与包含超出该一定范围的量的添加剂的比较例C4至C6的每个锂电池相比，表现出更低的DC-IR增加。
例如，包含一定量范围内的基于硅的阳极活性物质的实施例C1至C10的每个锂电池，与包含超出1wt％至10wt％的阳极活性物质的范围的量的基于硅的阳极活性物质的比较例C1、C6和C7的各自锂电池，表现出更低的DC-IR增加。
例如，包含一定量范围内的FEC的实施例C1至C10的每个锂电池，与包含超出约0.6wt％至约10wt％的有机电解质溶液的范围的量的FEC的比较例C2、C3和C5的每个锂电池相比，表现出更低的DC-IR增加。
通过总结和回顾，当锂电池在高工作电压下运行时，对锂有高度反应性的含水电解质溶液可能不适合用于这种锂电池。锂电池通常使用有机电解质溶液。通过将锂盐溶解在有机溶剂中来制备有机电解质溶液。可以使用在高电压下具有稳定性、高离子电导率、高介电常数和低粘度的有机溶剂。
当锂电池使用包括基于碳酸酯的极性非水溶剂的一般有机电解质溶液时，可能在初始充电期间发生由于阳极/阴极和有机电解质溶液之间的副反应导致的过度使用电荷的不可逆反应。由于这种不可逆反应，可以在阳极的表面上形成钝化层，例如固体电解质界面(SEI)层。另外，在阴极的表面形成保护层。
在这方面，使用现有有机电解质溶液形成的SEI层和/或保护层可能容易降解。例如，这种SEI层和/或保护层可在高温下表现出降低的稳定性。
因此，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质溶液。
本发明的多个实施方式提供锂电池，其包括：阳极，所述阳极包括基于金属的阳极活性物质；和有机电解质溶液，所述有机电解质溶液包括新型基于双环硫酸酯的添加剂。根据实施方式的锂电池表现出增强的高温特性和寿命特性。
本文已经公开了示例性实施方式，并且虽然采用了特定术语，但是它们仅以一般性和描述性意义被使用和解释，而不是出于限制的目的。在一些情况下，在提交本申请时对本领域普通技术人员将显而易见的是，结合特定实施方式描述的特征、特点和/或要素可以单独使用，或者与结合其他实施方式描述的特征、特点和/或要素组合使用，除非另外明确指出。因此，本领域技术人员应理解，在不背离所附权利要求中阐述的其精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作出各种改变。

Claims (23)

1.一种锂电池，其包括：
包含阴极活性物质的阴极；
包含阳极活性物质的阳极；以及
所述阴极和所述阳极之间的有机电解质溶液，
其中所述阳极活性物质包括基于金属的阳极活性物质，并且
所述有机电解质溶液包括第一锂盐；有机溶剂；和由下面式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：
<式1>
Figure FDA0002051507150000011
其中，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，并且A3和A4不都是共价键。
2.如权利要求1所述的锂电池，其中A1、A2、A3和A4中的至少一个为未取代或取代的C1-C5亚烷基，其中所述取代的C1-C5亚烷基的取代基为选自下列中的至少一种：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。
3.如权利要求1所述的锂电池，其中A1、A2、A3和A4中的至少一个为未取代或取代的C1-C5亚烷基，其中所述取代的C1-C5亚烷基的取代基为卤素、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。
4.如权利要求2所述的锂电池，其中所述取代的C1-C5亚烷基的所述取代基包括所述具有至少一个杂原子的极性官能团，其中所述极性官能团为选自下列中的至少一种：-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、
Figure FDA0002051507150000012
Figure FDA0002051507150000021
其中，在上述式中，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。
5.如权利要求1所述的锂电池，其中所述基于双环硫酸酯的化合物由式2或式3表示：
Figure FDA0002051507150000031
其中，在式2和式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；并且
E1和E2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。
6.如权利要求5所述的锂电池，其中E1和E2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。
7.如权利要求5所述的锂电池，其中E1和E2各自独立地为选自下列中的至少一个：氢、氟、氯、溴、碘、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。
8.如权利要求1所述的锂电池，其中所述基于双环硫酸酯的化合物由式4或式5表示：
Figure FDA0002051507150000032
其中，在式4和式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。
9.如权利要求8所述的锂电池，其中R1、R2、R3、R4、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、四氟乙基、苯基、萘基、四氟苯基、吡咯基或吡啶基。
10.如权利要求1所述的锂电池，其中所述基于双环硫酸酯的化合物由以下式6至式17中的一个表示：
Figure FDA0002051507150000033
Figure FDA0002051507150000041
11.如权利要求1所述的锂电池，其中基于所述有机电解质溶液的总重量，所述基于双环硫酸酯的化合物的量为大于等于0.4wt％且小于5wt％。
12.如权利要求1所述的锂电池，其中基于所述有机电解质溶液的总重量，所述基于双环硫酸酯的化合物的量为0.4wt％至3wt％。
13.如权利要求1所述的锂电池，其中所述有机电解质溶液中的所述第一锂盐包括选自下列中的至少一种：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中2≤x≤20且2≤y≤20)、LiCl和LiI。
14.如权利要求1所述的锂电池，其中所述有机电解质溶液进一步包含环状碳酸酯化合物，其中所述环状碳酸酯化合物选自：碳酸亚乙烯酯；被选自卤素、氰基和硝基中的至少一个取代基所取代的碳酸亚乙烯酯；碳酸乙烯基亚乙酯；被选自卤素、氰基和硝基中的至少一个取代基所取代的碳酸乙烯基亚乙酯，氟代碳酸亚乙酯；以及被选自卤素、氰基和硝基中的至少一个取代基所取代的氟代碳酸亚乙酯。
15.如权利要求14所述的锂电池，其中，基于所述有机电解质溶液的总重量，所述环状碳酸酯化合物的量为0.6wt％至10wt％。
16.如权利要求1所述的锂电池，其中所述有机电解质溶液进一步包含第二锂盐，所述第二锂盐与所述第一锂盐不同，并且由以下式18至式25中的一个表示：
Figure FDA0002051507150000051
17.如权利要求16所述的锂电池，其中，基于所述有机电解质溶液的总重量，所述第二锂盐的量为0.1wt％至5wt％。
18.如权利要求1所述的锂电池，其中所述基于金属的阳极活性物质包括选自下列中的至少一种：基于硅的化合物，和基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料。
19.如权利要求18所述的锂电池，其中所述基于金属的阳极活性物质包括氧化硅SiOx,其中0<x<2。
20.如权利要求18所述的锂电池，其中所述基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料包括碳涂布的硅纳米颗粒。
21.如权利要求20所述的锂电池，其中所述基于硅的化合物和碳质化合物的复合材料的平均颗粒直径为5μm至20μm，并且所述硅纳米颗粒的平均颗粒直径为200nm或更小。
22.如权利要求20所述的锂电池，其中，基于阳极混合物的总重量，所述基于金属的阳极活性物质的量为1wt％至10wt％。
23.如权利要求1所述的锂电池，其中：
所述基于金属的阳极活性物质为基于硅的活性物质，并且基于阳极混合物的总重量，包含的所述基于金属的阳极活性物质的量为1wt％至10wt％；
基于所述有机电解质溶液的总重量，包含在所述有机电解质溶液中的所述基于双环硫酸酯的化合物的量为0.4wt％至5wt％，并且
基于所述有机电解质溶液的总重量，所述有机电解质溶液进一步包括0.6wt％至10wt％的量的氟代碳酸亚乙酯。
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