CN110931859B - 锂电池 - Google Patents

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Abstract

锂电池包括阴极，其包括阴极活性物质；阳极，其包括阳极活性物质；以及阴极和阳极之间的有机电解质溶液。有机电解质溶液包括第一锂盐、有机溶剂、低聚物化合物和由下面式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：<式1>
Figure DDA0002051416430000011
其中，式1中，A1、A2、A3和A4各自独立地为共价键、取代的或未取代的C1‑C5亚烷基、羰基或亚磺酰基，其中A1和A2不全是共价键并且A3和A4不全是共价键。

Description

锂电池
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年9月19日提交的名称为“锂电池”的美国专利申请系列第15/422,873号的美国部分继续第16/135,371号的权益，其通过引用以其整体并入本文。
技术领域
一个或多个实施方式涉及锂电池。
背景技术
锂电池用作便携式电子装置，包括视频摄像机、移动电话和笔记本计算机等的驱动电源。锂二次电池以高速可再充电并且每单位重量的能量密度为现有铅蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池或镍-锌电池的至少三倍大。
发明内容
实施方式涉及锂电池，包括：阴极，其包括阴极活性物质；阳极，其包括阳极活性物质；以及所述阴极和所述阳极之间的有机电解质溶液。所述有机电解质溶液可包括第一锂盐、有机溶剂、低聚物化合物和由下面式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：
<式1>
Figure BDA0002051416410000011
其中，式1中，A1、A2、A3和A4各自独立地为共价键、取代的或未取代的C1-C5亚烷基、羰基或亚磺酰基，其中A1和A2不全是共价键并且A3和A4不全是共价键。
A1、A2、A3和A4中的至少一个可为取代的或未取代的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述中的至少一个：卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C20环烯基、卤素取代的或未取代的C3-C20杂环基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基或者具有至少一个杂原子的极性官能团。
A1、A2、A3和A4中的至少一个可为取代的或未取代的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。
所述取代的C1-C5亚烷基的所述取代基可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述中的至少一个：-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 BDA0002051416410000021
Figure BDA0002051416410000022
Figure BDA0002051416410000023
其中，在上面的式中，R11和R15各自可独立地为卤素取代的或未取代的C1-C20亚烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20亚烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20亚炔基、卤素取代的或未取代的C3-C12亚环烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40亚芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40亚杂芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15烷基亚芳基或者卤素取代的或未取代的C7-C15亚芳烷基；并且R12、R13、R14和R16各自可独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C12环烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15烷基芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15三烷基甲硅烷基或者卤素取代的或未取代的C7-C15芳烷基，并且
Figure BDA0002051416410000031
表示与相邻原子结合的位置。
所述基于双环硫酸酯的化合物可由式2或3表示：
Figure BDA0002051416410000032
其中，式2和3中，B1、B2、B3、B4、D1和D2各自可独立地为-C(E1)(E2)-、羰基或亚磺酰基；并且E1和E2各自可独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C20环烯基、卤素取代的或未取代的C3-C20杂环基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
E1和E2各自可独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C10烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
E1和E2各自可独立地选自下述中的至少一个：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。
所述基于双环硫酸酯的化合物可由式4或5表示：
Figure BDA0002051416410000033
其中，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、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
R1、R2、R3、R4、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27和R28各自可独立地为氢、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。
所述基于双环硫酸酯的化合物可由下面的式6至17中的一个表示：
Figure BDA0002051416410000041
所述基于双环硫酸酯的化合物的量可为基于所述有机电解质溶液的总重的约0.4wt％至约5wt％。
所述基于双环硫酸酯的化合物的量可为基于所述有机电解质溶液的总重的约0.4wt％至约3wt％。
所述有机电解质溶液中的第一锂盐可包括选自下述中的至少一种：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。
所述有机电解质溶液可进一步包括环状碳酸酯化合物。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取代的VEC；氟代碳酸亚乙酯(FEC)；和被选自卤素、-CN和-NO2中的至少一个取代基取代的FEC。
所述环状碳酸酯化合物的量可为基于所述有机电解质溶液的总重的约0.01wt％至约5wt％。
所述有机电解质溶液可进一步包括与所述第一锂盐不同并且由下面式18至25中的一个表示的第二锂盐：
Figure BDA0002051416410000051
Figure BDA0002051416410000061
所述第二锂盐的量可为基于所述有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约5wt％。
所述低聚物化合物可包括选自下述中的至少一种：碳酸亚乙烯酯低聚物、碳酸乙烯基亚乙酯低聚物、碳酸烯丙基乙烯酯低聚物、乙酸乙烯酯低聚物、己二酸二乙烯酯低聚物、乙烯基吡啶低聚物、马来酸酐低聚物、肉桂酸甲酯低聚物、亚硫酸乙烯基亚乙酯低聚物和丙烯腈低聚物。
所述低聚物化合物的量可为基于所述有机电解质溶液的总重的约0.5wt％至约3wt％。
所述低聚物化合物中包括的重复单元的数量可为2至5。
所述阴极可包括含镍的层状锂过渡金属氧化物。
所述锂过渡金属氧化物中镍的含量可为相对于过渡金属的总摩尔数的约60mol％或更多。
所述锂电池可具有约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，特征对于本领域技术人员将变得显而易见，其中：
图1说明了显示根据实施例1-1和2-1和比较例1-1制造的锂电池在室温下放电容量的曲线图；
图2说明了显示实施例1-1和2-1和比较例1-1的锂电池的在室温下容量保持率的曲线图；
图3说明了显示实施例1-1和2-1和比较例1-1的锂电池在高温下放电容量的曲线图；
图4说明了显示实施例1-1和2-1和比较例1-1的锂电池在高温下容量保持率的曲线图；
图5说明了显示实施例1-1和比较例1-1的锂电池在室温下容量保持率的曲线图；
图6说明了显示实施例1-1和比较例1-1的锂电池在高温下容量保持率的曲线图；和
图7说明了根据实施方式的锂电池的视图。
具体实施方式
下文将参考附图更充分地描述示例性实施方式；但是，它们可具体化为不同的形式并且不应解释为限于本文阐释的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开将是透彻的和完整的，并且将向本领域技术人员充分传递示例性实施方式。
根据实施方式的锂电池包括：阴极，其包括阴极活性物质；阳极，其包括阳极活性物质；以及阴极和阳极之间的有机电解质溶液，其中有机电解质溶液包括第一锂盐、有机溶剂、低聚物化合物和由下面式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：
<式1>
Figure BDA0002051416410000071
其中，式1中，A1、A2、A3和A4各自独立地为共价键、取代的或未取代的C1-C5亚烷基、羰基或亚磺酰基，其中A1和A2不全是共价键并且A3和A4不全是共价键。
用于锂电池的有机电解质溶液，包括基于双环硫酸酯的化合物作为添加剂，可增强电池性能，比如锂电池的高温特性或寿命特性等。
另外，由于包括低聚物化合物，可进一步增强锂电池的高温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形式彼此连接的结构。
不被任何具体理论限制并且为了更好地理解，现将更详细描述通过将基于双环硫酸酯的化合物添加至电解质溶液而改善锂电池的性能的原因。
当基于双环硫酸酯的化合物包括在电解质溶液中时，基于双环硫酸酯的化合物的硫酸酯基团可在充电期间通过接受来自阳极表面的电子被自身还原，或可与先前还原的极性溶剂分子反应，从而影响在阳极的表面形成的SEI层的特性。例如，包括硫酸酯基团的基于双环硫酸酯的化合物与极性溶剂相比，可更容易接受来自阳极的电子。例如，基于双环硫酸酯的化合物可在极性溶剂被还原之前，在比还原极性溶剂所需的电压更低的电压下被还原。
例如，基于双环硫酸酯的化合物具有硫酸酯基团并且因此在充电期间可更容易被还原和/或分解为自由基和/或离子。因此，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获得的产物。基于双环硫酸酯的化合物可与例如含碳的阳极本身或含碳的阳极的表面上的各种官能团形成共价键，或可吸附在电极的表面上。通过这种结合和/或吸附形成的具有改善的稳定性的修饰的SEI层，相比仅仅由有机溶剂形成的SEI层，可更持久，即使在充电和放电长的时间段之后。持久修饰的SEI层可反过来在锂离子嵌入电极期间，更有效阻挡有机溶剂溶剂化的锂离子的共嵌。因此，修饰的SEI层可更有效阻挡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，使得增加放电容量并且改善所制造的电池的寿命特性。
而且，由于包括硫酸酯基团，基于双环硫酸酯的化合物可在阴极的表面上配位，从而影响在阴极的表面上形成的保护层的特性。例如，硫酸酯基团可与阴极活性物质的过渡金属离子配位，以形成络合物。该络合物可形成具有改善的稳定性的修饰保护层，其比仅仅由有机溶剂形成的保护层更持久，即使在充电和放电长的时间段之后。另外，持久的修饰保护层可在锂离子嵌入电极期间，更有效阻挡有机溶剂溶剂化的锂离子的共嵌。因此，修饰保护层可更有效阻挡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，结果增加了所制造的电池的稳定性和改善寿命特性。
另外，基于双环硫酸酯的化合物具有其中多个环以螺形式连接的结构并且因此比一般的基于硫酸酯的化合物具有相对更大的分子量，并且因此，可为热稳定的。
例如，基于双环硫酸酯的化合物可在阳极的表面形成SEI层或在阴极的表面形成保护层并且由于改善的热稳定性，可在高温下呈现所制造的锂电池增强的寿命特性。
在有机电解质溶液中包括的上面式1的基于双环硫酸酯的化合物中，A1、A2、A3和A4中的至少一个可为取代的或未取代的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的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C20环烯基、卤素取代的或未取代的C3-C20杂环基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基或者具有至少一个杂原子的极性官能团。
例如，A1、A2、A3和A4中的至少一个可为取代的或未取代的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。例如，取代的C1-C5亚烷基的取代基可为本领域使用的可用于亚烷基的任何适当的取代基。
例如，在上面式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、硅和硼中的至少一个。
例如，具有杂原子的极性官能团可为选自下述中的至少一个：-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 BDA0002051416410000091
Figure BDA0002051416410000092
在上式中，R11和R15各自可独立地为卤素取代的或未取代的C1-C20亚烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20亚烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20亚炔基、卤素取代的或未取代的C3-C12亚环烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40亚芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40亚杂芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15烷基亚芳基或者卤素取代的或未取代的C7-C15亚芳烷基；并且R12、R13、R14和R16各自可独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C12环烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15烷基芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15三烷基甲硅烷基或者卤素取代的或未取代的C7-C15芳烷基，并且
Figure BDA0002051416410000101
表示与相邻原子结合的位置。
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，有机电解质溶液中包括的基于双环硫酸酯的化合物可由式2或3表示：
Figure BDA0002051416410000102
其中，式2和3中，B1、B2、B3、B4、D1和D2各自可独立地为-C(E1)(E2)-、羰基或亚磺酰基；并且E1和E2各自可独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C20环烯基、卤素取代的或未取代的C3-C20杂环基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
例如，E1和E2各自可独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C10烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
例如，E1和E2各自可独立地为氢、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各自可独立地为氢、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 BDA0002051416410000103
其中，式4和5中，R1、R2、R3、R4、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27和R28各自可独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
例如，上面式4和5中，R1、R2、R3、R4、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27和R28各自可独立地为氢、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，上面式4和5中，R1、R2、R3、R4、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27和R28各自可独立地为氢、F、甲基、乙基、丙基、三氟甲基、四氟乙基或苯基。
尤其，基于双环硫酸酯的化合物可由式6至17中的一个表示：
Figure BDA0002051416410000111
如本文所使用，表述“Ca-Cb”的a和b表示具体官能团的碳原子数。例如，官能团可包括a至b个碳原子。例如，表述“C1-C4烷基”意思是具有1至4个碳原子的烷基，即，CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、(CH3)2CH-、CH3CH2CH2CH2-、CH3CH2CH(CH3)-和(CH3)3C-。
具体的基团取决于上下文，可称为单价基团或双价基团。例如，当取代基需要与剩余分子结合的两个结合位点时，取代基可理解为双价基团。例如，作为需要两个结合位点的烷基指定的取代基可为双价基团，比如-CH2-、-CH2CH2-或-CH2CH(CH3)CH2-等。如本文使用的术语“亚烷基”明确指示基团为双价基团。
如本文使用的术语“烷基”和“亚烷基”指分支的或未分支的脂肪族烃基。在一个实施方式中，烷基可为取代的或未取代的。烷基的例子包括甲基、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，其各自可任选地为取代的或未取代的。在一个实施方式中，烷基可具有1至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-戊基或己基等。
如本文使用的术语“环烷基”意思是完全饱和的碳环状环或环系统。例如，环烷基可为环丙基、环丁基、环戊基和环己基。
如本文使用的术语“烯基”指具有2至20个碳原子以及至少一个碳-碳双键的烃基。烯基的例子包括乙烯基、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，这些烯基可为取代的或未取代的。在一个实施方式中，烯基可具有2至40个碳原子。
如本文使用的术语“炔基”指具有2至20个碳原子以及至少一个碳-碳三键的烃基。炔基的例子包括乙炔基、1-丙炔基、1-丁炔基和2-丁炔基。在一个实施方式中，这些炔基可为取代的或未取代的。在一个实施方式中，炔基可具有2至40个碳原子。
如本文使用的术语“芳族”指具有共轭π电子系统的环或环系统，并且可指碳环芳族基团(例如，苯基)和杂环芳族基团(例如，吡啶)。就此而言，芳族环系统作为整体可包括单环状环或稠合的多环状环(即，共享相邻原子对的环)。
如本文使用的术语“芳基”指其骨架中仅仅具有碳原子的芳族环或环系统(即，由共享两个相邻碳原子的至少两个环稠合的环)。当芳基为环系统时，环系统中的每个环为芳族的。芳基的例子包括苯基、联苯基、萘基、菲基和并四苯基。这些芳基可为取代的或未取代的。
如本文使用的术语“杂芳基”指具有一个环或多个稠合环的芳族环系统，其中至少一个环原子不是碳，即，杂原子。在稠合环系统中，至少一个杂原子可存在于仅仅一个环中。例如，杂原子可为氧、硫或氮。杂芳基的例子包括呋喃基、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。
如本文使用的术语“芳烷基”和“烷基芳基“指经亚烷基连接为取代基的芳基，比如C7-C14芳烷基。芳烷基或烷基芳基的例子包括苄基、2-苯基乙基、3-苯基丙基和萘基烷基。在一个实施方式中，亚烷基可为低碳亚烷基(即，C1-C4亚烷基)。
如本文使用的术语“环烯基”指具有至少一个双键的非芳族碳环状环或环系统。例如，环烯基可为环己烯基。
如本文使用的术语“杂环基”指其环骨架中具有至少一个杂原子的非芳族环或环系统。
如本文使用的术语“卤素”指属于周期表第17族的稳定元素，例如，氟、氯、溴或碘。例如，卤素可为氟和/或氯。
本说明书中，取代基可通过用另一原子或官能团取代未取代的亲本基团中的至少一个氢原子而得到。除非另外指明，术语“取代的”意思是上面列举的官能团被选自下述的至少一个取代基取代：C1-C40烷基、C2-C40烯基、C3-C40环烷基、C3-C40环烯基和C7-C40芳基。如本文使用的短语“任选地取代的”意思是上述官能团可被上述的取代基取代。
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的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.4wt％至约5wt％。例如，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的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.4wt％至约3wt％。例如，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.5wt％至约3wt％。例如，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.6wt％至约3wt％。例如，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.7wt％至约3wt％。例如，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.4wt％至约2.5wt％。例如，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.4wt％至约2wt％。例如，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约0.4wt％至约1.5wt％。例如，有机电解质溶液中式1的基于双环硫酸酯的化合物的量的范围可为基于有机电解质溶液的总重的约1.0wt％至约1.5wt％。当式1的基于双环硫酸酯的化合物的量在上述范围内时，可获得进一步增强的电池特性。
有机电解质溶液中包括的第一锂盐可包括选自下述中的至少一种：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。可根据需要适当调整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，可获得具有进一步增强的特性的电池。
有机电解质溶液中包括的有机溶剂可为低沸点溶剂。低沸点溶剂指在1个大气压，25℃下，沸点为200℃或更小的溶剂。
例如，有机溶剂可包括选自下述中的至少一种：二烷基碳酸酯、环状碳酸酯、直链或环状酯、直链或环状酰胺、脂环族腈、直链或环状醚和其衍生物。
例如，有机溶剂可包括选自下述中的至少一种：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、琥珀腈(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，有机溶剂可为本领域可用的具有低沸点的任何适当的溶剂。
除了基于双环硫酸酯的化合物，有机电解质溶液可进一步包括其他添加剂。由于进一步包括其他添加剂，可获得具有进一步增强性能的锂电池。
有机电解质溶液中进一步包括的添加剂可包括环状碳酸酯化合物和第二锂盐等。
例如，有机电解质溶液可进一步包括环状碳酸酯化合物作为添加剂。作为添加剂使用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取代的VEC；氟代碳酸亚乙酯(FEC)；和被选自卤素、-CN和-NO2中的至少一个取代基取代的FEC。当有机电解质溶液进一步包括环状碳酸酯化合物作为添加剂时，包括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。
有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可为，例如，基于有机电解质溶液的总重的约0.01wt％至约5wt％。可根据需要适当调整环状碳酸酯化合物的量。例如，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约5wt％。例如，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约4wt％。例如，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约3wt％。例如，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约2wt％。例如，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.2wt％至约2wt％。例如，有机电解质溶液中环状碳酸酯化合物的量可为基于有机电解质溶液的总重的约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。
例如，有机电解质溶液可进一步包括第二锂盐作为添加剂。第二锂盐区别于(即，不同于)第一锂盐，并且其阴离子可为草酸根、PO2F2-或N(SO2F)2-等。例如，第二锂盐可为由下面式18至25中的一个表示的化合物：
Figure BDA0002051416410000151
有机电解质溶液中第二锂盐的量可为，例如，基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约5wt％。可根据需要适当调整第二锂盐的量。例如，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约4.5wt％。例如，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约4wt％。例如，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约3wt％。例如，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.1wt％至约2wt％。例如，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为基于有机电解质溶液的总重的约0.2wt％至约2wt％。例如，有机电解质溶液中第二锂盐的量可为基于有机电解质溶液的总重的约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。
有机电解质溶液中包括的低聚物化合物可为例如选自下述中的至少一种：碳酸亚乙烯酯低聚物、碳酸乙烯基亚乙酯低聚物、碳酸烯丙基乙烯酯低聚物、乙酸乙烯酯低聚物、己二酸二乙烯酯低聚物、乙烯基吡啶低聚物、马来酸酐低聚物、肉桂酸甲酯低聚物、亚硫酸乙烯基亚乙酯低聚物和丙烯腈低聚物。低聚物化合物可包括具有乙烯基的磷酸酯化合物的低聚物或具有乙烯基的硅烷类化合物的低聚物等。低聚物化合物的量的范围可为例如，基于有机电解质溶液的总重的约0.5wt％至约3wt％、约0.5wt％至约2.5wt％、约0.5wt％至约2wt％或约0.5wt％至约1.5wt％。低聚物化合物中包括的重复单元的数量的范围为例如，2至10、2至8、2至7、2至6或2至5。
有机电解质溶液可为液态或凝胶态。有机电解质溶液可通过将上述第一锂盐和添加剂添加至上述的有机溶剂来制备。
锂电池的类型可包括，例如，锂二次电池(比如锂离子电池、锂离子聚合物电池或锂硫电池等)和锂原电池。
例如，锂电池中，阳极可包括石墨。例如，锂电池中，阴极可包括含镍的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。
锂电池的阴极中包括的含镍的层状锂过渡金属氧化物由，例如，下面式26表示：
<式26>
LiaNixCoyMzO2-bAb，
其中，式26中，1.0≤a≤1.2，0≤b≤0.2，0.6≤x<1，0<y≤0.2，0<z≤0.2，且x+y+z＝1；M为选自下述中的至少一种：锰(Mn)、钒(V)、镁(Mg)、镓(Ga)、硅(Si)、钨(W)、钼(Mo)、铁(Fe)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、钛(Ti)、铝(Al)和硼(B)；并且A为氟(F)、硫(S)、氯(Cl)、溴(Br)或其组合。例如，0.7≤x<1，0<y≤0.15，0<z≤0.15，且x+y+z＝1。例如，0.75≤x<1，0<y≤0.125，0<z≤0.125，且x+y+z＝1。例如，0.8≤x<1，0<y≤0.1，0<z≤0.1，且x+y+z＝1。例如，0.85≤x<1，0<y≤0.075，0<z≤0.075，且x+y+z＝1。
锂电池的阴极中包括的含镍的层状锂过渡金属氧化物由，例如，式27或28表示：
<式27>
LiNixCoyMnzO2
<式28>
LiNixCoyAlzO2，
其中，式27和28中，0.6≤x≤0.95，0<y≤0.2，0<z≤0.2，且x+y+z＝1。例如，0.7≤x≤0.95，0<y≤0.15，0<z≤0.15，且x+y+z＝1。例如，0.75≤x≤0.95，0<y≤0.125，0<z≤0.125，且x+y+z＝1。例如，0.8≤x≤0.95，0<y≤0.1，0<z≤0.1，且x+y+z＝1。例如，0.85≤x≤0.95，0<y≤0.075，0<z≤0.075，且x+y+z＝1。
例如，锂电池可使用下述方法制造。
阴极可通过适当的方法制备。例如，制备其中混合阴极活性物质、导电材料、粘合剂和溶剂的阴极活性物质组合物。阴极活性物质组合物可直接涂布在金属集电器上，从而完成阴极板的制造。在另一实施方式中，阴极活性物质组合物可浇铸在分开的支撑件上并且与支撑件分开的膜可层压在金属集电器上，从而完成阴极板的制造。
阴极活性物质可包括本领域使用的适当的含锂的金属氧化物。例如，阴极活性物质可为由下面式中的任何一个表示的化合物：LiaA1-bB'bD2其中0.90≤a≤1.8和0≤b≤0.5；LiaE1-bB'bO2-cDc其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，和0≤c≤0.05；LiE2-bB'bO4-cDc其中0≤b≤0.5和0≤c≤0.05；LiaNi1-b-cCobB'cDα其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2；LiaNi1-b-cCobB'cO2-αF'α其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNi1-b- cCobB'cO2-αF'2其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNi1-b-cMnbB'cDα其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2；LiaNi1-b-cMnbB'cO2-αF'α其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNi1-b-cMnbB'cO2-αF'2其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNibEcGdO2其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，和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，和0.001≤e≤0.1；LiaNiGbO2其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1；LiaCoGbO2其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1；LiaMnGbO2其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1；LiaMn2GbO4其中0.90≤a≤1.8和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。
上面的式中，A可选自镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)和其组合；B'可选自铝(Al)、Ni、Co、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)、镁(Mg)、锶(Sr)、钒(V)、稀土元素和其组合；D可选自氧(O)、氟(F)、硫(S)、磷(P)和其组合；E可选自Co、Mn和其组合；F'可选自F、S、P和其组合；G可选自Al、Cr、Mn、Fe、Mg、镧(La)、铈(Ce)、Sr、V和其组合；Q可选自钛(Ti)、钼(Mo)、Mn和其组合；I'可选自Cr、V、Fe、钪(Sc)、钇(Y)和其组合；和J可选自V、Cr、Mn、Co、Ni、铜(Cu)和其组合。
例如，阴极活性物质可为LiCoO2、LiMnxO2x其中x＝1或2、LiNi1-xMnxO2x其中0<x<1、LiNi1-x-yCoxMnyO2其中0≤x≤0.5和0≤y≤0.5或LiFePO4等。在另一实施方式中，阴极活性物质可优选包括含镍的层状锂过渡金属氧化物由，例如，式26表示：LiaNixCoyMzO2-bAb。
另外，上述用作阴极活性物质的含锂的金属氧化物可在它们的表面具有涂布层。在另一实施方式中，可使用含锂的金属氧化物和含锂的金属氧化物与在其表面的涂布层的混合物。涂布层可包括涂布元素化合物，比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、涂布元素的含氧碳酸盐或者涂布元素的羟基碳酸盐。涂布元素化合物可为无定形的或晶体。涂布层中包括的涂布元素可选自：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)和其混合物。涂布层可使用上述化合物中的涂布元素通过使用不负面影响阴极活性物质的物理特性的各种方法的任何一种(例如，喷雾涂布或浸渍等)形成。涂布层形成方法对本领域普通技术人员可显而易见并且因此本文将不再提供其详细描述。
导电材料可为本领域使用的适当的导电材料。例如，导电材料可为炭黑或石墨微粒等。
粘合剂可为本领域使用的适当的粘合剂。粘合剂的例子包括偏二氟乙烯/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。
溶剂可为本领域使用的适当的溶剂。例如，溶剂可为N-甲基吡咯烷酮、丙酮或水等。
阴极活性物质、导电材料、粘合剂和溶剂的量可为与一般的锂电池中使用的那些相同的水平。可根据期望的锂电池的用途和构成省略导电材料、粘合剂和溶剂中的至少一种。
可通过适当的制造方法制备阳极。例如，通过混合阳极活性物质、导电材料、粘合剂和溶剂制备阳极活性物质组合物。阳极活性物质组合物可直接涂布在金属集电器上并且干燥而获得阳极板。在另一实施方式中，阳极活性物质组合物可浇铸在分开的支撑件上并且可将与支撑件分开的膜层压在属集电器上而完成阳极板的制造。
作为阳极活性物质，可使用本领域使用的适当的锂电池的阳极活性物质。例如，阳极活性物质可包括选自下述的至少一种：锂金属、可与锂形成合金的金属、过渡金属氧化物、非过渡金属氧化物和含碳的材料。
例如，可与锂形成合金的金属可为Si、Sn、Al、Ge、铅(Pb)、铋(Bi)、锑(Sb)、Si-Y'合金(Y'为碱金属、碱土金属、13族和14族元素、过渡金属、稀土元素或其组合，并且不是Si)或Sn-Y'合金(Y'为碱金属、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'可选自Mg、Ca、Sr、钡(Ba)、镭(Ra)、Sc、Y、Ti、Zr、铪(Hf)、
Figure BDA0002051416410000191
(Rf)、V、铌(Nb)、钽(Ta)、
Figure BDA0002051416410000192
(Db)、Cr、Mo、钨(W)、
Figure BDA0002051416410000193
(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、
Figure BDA0002051416410000194
(Bh)、Fe、Pb、钌(Ru)、锇(Os)、
Figure BDA0002051416410000195
(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)和其组合。
例如，过渡金属氧化物可为氧化锂钛、氧化钒或氧化锂钒等。
例如，非过渡金属氧化物可为SnO2、SiOx其中0<x<2等。
例如，含碳的材料可为晶体碳、无定形碳或其混合物。晶体碳的例子包括天然石墨和人造石墨，其各自具有不规则形式或为板、薄片、球或纤维的形式。无定形碳的例子包括软碳(低温煅烧碳)、硬碳、中间相沥青碳化的产物和煅烧的焦炭。
在阳极活性物质组合物中，可使用与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为与一般的锂电池中使用的那些相同的水平。根据期望的锂电池的用途和构成可不使用导电材料、粘合剂和溶剂中的至少一种。
可制备设置在阴极和阳极之间的隔板。可使用锂电池中使用的适当的隔板。作为隔板，可使用对于转移电解质中的离子具有低抗性并且具有高电解质保持能力的隔板。隔板的例子可包括玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和其组合，其各自可为非编织物或编织物。例如，在锂离子电池中可使用由聚乙烯或聚丙烯等形成的可卷绕的隔板，在锂离子聚合物电池中可使用具有高有机电解质溶液保持能力的隔板。例如，隔板可根据下述方法制造。
聚合物树脂、填料和溶剂可混合在一起，而制备隔板组合物。然后，隔板组合物可直接涂布在电极上并且干燥，以形成隔板。在另一实施方式中，隔板组合物可浇铸在支撑件上并且干燥，并且然后，可将与支撑件分开的隔板薄膜层压在电极的上部，从而完成隔板的制造。
用于制造隔板的适当的聚合物树脂和用在电极板的粘合剂中的适当的材料可用于制备隔板。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、聚甲基丙烯酸甲酯或其混合物等。
接下来，制备如上所述的有机电解质溶液。
如图7中所说明的，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可被缠绕或折叠然后置于电池壳体5中。随后，可将有机电解质溶液注入电池壳体5中，电池壳体5可用帽组件6密封，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。多个电池组件可堆叠为双电池结构并且用有机电解质溶液浸渍，并且所得物可置入袋中并且密封，从而完成锂电池的制造。
可堆叠电池组件，以形成电池组。这种电池组可用于需要高容量和高功率输出的装置。例如，电池组可用于笔记本计算机、智能手机或电动汽车等。
另外，锂电池可具有卓越的寿命特性和高倍率特性并且因此可用于电动汽车(EVs)。例如，锂电池可用于混合动力汽车比如插电式混合电动汽车(PHEV)等。锂电池也可用于需要储存大量电能的场所。例如，锂电池可用于电动自行车和马达驱动的工具等。
提供下述实施例和比较例，以便强调一个或多个实施方式的特征，但是应当理解，实施例和比较例不应被解释为限制实施方式的范围，比较例也不应被解释为超出实施方式的范围。此外，应当理解，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的化合物的合成
式6的化合物可根据下面的反应方案1制备：
反应方案1
Figure BDA0002051416410000201
化合物A的合成
将68.0g(0.499mol)的季戊四醇和100g的分子筛(4A型)添加至体积比为1:1的四氢呋喃(THF)和二氯甲烷(DCM，CH2Cl2)的混合溶剂中并且使所得溶液回流20分钟。随后，将110ml(2.8当量，1.40mol)的亚硫酰氯(SOCl2)添加至所得物中并且使所得溶液回流8小时直到季戊四醇全部被反应消耗掉，而获得浅黄色溶液。将获得的浅黄色溶液过滤并且浓缩，而获得包括浅黄色固体的残渣。其后，将1L的饱和的碳酸氢钠(NaHCO3)溶液以使冒泡最小化的速度直接添加至残渣中，而获得悬液。强力搅拌悬液20分钟。其后，过滤悬液并且将获得的固体添加至1L的纯化水中，而制备混合物。然后，强力搅拌混合物20分钟，进行抽气过滤，并且在空气中干燥，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
如上面反应方案1中显示，根据Canadian Journal of Chemistry，79，2001，1042页公开的方法由化合物A合成由下面式6表示的化合物B。
使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，其然后用于制备电解质溶液。
<式6>
Figure BDA0002051416410000211
有机电解质溶液的制备
实施例1：SEI-1316 1.0wt％
将0.90M LiPF6作为锂盐和1wt％的式6的化合物添加至体积比为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 BDA0002051416410000212
实施例2：SEI-1316 1.0wt％+VC0.5wt％
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1wt％的式6的化合物和0.5wt％的碳酸亚乙烯酯(VC)用作添加剂。
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，不同之处是用作添加剂的式6的化合物的量改变为0.5wt％。
实施例35：SEI-1316 1.0wt％+VC低聚物(n＝2)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1wt％的式6的化合物和1wt％的碳酸亚乙烯酯(VC)低聚物(n＝2，C6H6O6，Mw：173.4，自合成)用作添加剂。
实施例36：SEI-1316 1.0wt％+VC低聚物(n＝3)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1wt％的式6的化合物和1wt％的VC低聚物(n＝3，C9H8O9，Mw：260.16，自合成)用作添加剂。
实施例37：SEI-1316 1.0wt％+VC低聚物(n＝2)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1wt％的式6的化合物和2wt％的VC低聚物(n＝2，自合成)用作添加剂。
实施例38：SEI-1316 1.5wt％+VC低聚物(n＝2)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1.5wt％的式6的化合物和1wt％的VC低聚物(n＝2，自合成)用作添加剂。
实施例39：SEI-1316 1.0wt％+VC低聚物(n＝8)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1wt％的式6的化合物和1wt％的VC低聚物(n＝8，C24H18O24，Mw：690.4，自合成)用作添加剂。
实施例40：SEI-1316 1.0wt％+VC低聚物(n＝10)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1wt％的式6的化合物和1wt％的VC低聚物(n＝10，C30H22O30，Mw：862.51，自合成)用作添加剂。
实施例41：SEI-1316 1.0wt％+VC低聚物(n＝2)0.25wt％
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的化合物和0.25wt％的VC低聚物(n＝2，自合成)用作添加剂。
实施例42：SEI-1316 1.0wt％+VC低聚物(n＝2)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1wt％的式6的化合物和5wt％的VC低聚物(n＝2，自合成)用作添加剂。
实施例43：SEI-1316 10wt％+VC低聚物(n＝2)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10wt％的式6的化合物和2wt％的VC低聚物(n＝2，自合成)用作添加剂。
实施例44：SEI-1316 15wt％+VC低聚物(n＝2)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15wt％的式6的化合物和1wt％的VC低聚物(n＝2，自合成)用作添加剂。
参照例2：SEI-1316 1.0wt％+VC(n＝1)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1wt％的式6的化合物和1wt％的VC(n＝1)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，不同之处是未使用用作添加剂的式6的化合物。
比较例3：SEI-1316 0wt％+VC低聚物(n＝2)1wt％
以与实施例1相同的方式制备有机电解质溶液，不同之处是未添加作为添加剂的式6的化合物，添加了1wt％的VC低聚物(n＝2)。
VC低聚物的合成
根据Journal of Power Source 263(2014)288-295的例子中公开的方法合成VC低聚物。
反应方案如下。
[反应方案2]
Figure BDA0002051416410000231
根据VC低聚物中包括的重复单元的数量的反应条件如下。
VC低聚物(n＝2)
使用0.5g(5.8mmol)的VC单体和0.48g(2.9mmol)的偶氮二异丁腈(AIBN)引发剂。VC与AIBN引发剂的摩尔比为2:1。
VC低聚物(n＝3)
使用0.75g(8.7mmol)的VC单体和0.48g(2.9mmol)的AIBN引发剂。VC与AIBN引发剂的摩尔比为3:1。
VC低聚物(n＝8)
使用2.0g(32.2mmol)的VC单体和0.48g(2.9mmol)的AIBN引发剂。VC与AIBN引发剂的摩尔比为8:1。
VC低聚物(n＝10)
使用2.5g(29.0mmol)的VC单体和0.48g(2.9mmol)的AIBN引发剂。VC与AIBN引发剂的摩尔比为10:1。
锂电池的制造(实施例1-1至1-3和比较例1-1)
实施例1-1
阳极的制造
将98wt％的人造石墨(由天津市贝特瑞新能源科技有限公司(Tianjin BTR NewEnergy 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)(由瑞翁(Zeon)制造)和1.0wt％的羧甲基纤维素(CMC)(由日本A&L(NIPPON A&L)制造)混合在一起，将混合物添加至蒸馏水，并且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料浆。使用刮刀，将阳极活性物质料浆涂覆在厚度为10μm的铜(Cu)集电器上至厚度为约60μm，并且使集电器在热风干燥器中在100℃下干燥0.5小时，随后在下述条件下进一步干燥：在真空中，120℃下，4小时，然后辊压，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％的粉末型人造石墨(由特密高(Timcal)制造的SFG6)作为导电材料、0.7wt％的炭黑(由ECP制造的科琴黑)、0.25wt％的改性的丙烯腈橡胶(由瑞翁公司(Zeon Corporation)制造的BM-720H)、0.9wt％的聚偏二氟乙烯(由索尔维(Solvay)制造的PVDF，S6020)和0.2wt％的PVDF(由索尔维(Solvay)制造的S5130)混合在一起，将混合物添加至作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮，并且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料浆。使用刮刀将阴极活性物质料浆涂覆在厚度为20μm的铝(Al)集电器上至厚度为约60μm，并且使集电器在热风干燥器中在100℃下干燥0.5小时，随后在下述条件下进一步干燥：在真空中，120℃下，4小时，然后辊压，从而完成阴极板的制造。
阴极侧涂布有陶瓷的厚度为14μm的聚乙烯隔板，和根据实施例1制备的有机电解质溶液用于完成锂电池的制造。
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。
评估例1：在4.25V和室温(25℃)下充电和放电特性的评估
根据实施例1-1至3-1和比较例1-1制造的锂电池各自以0.1C倍率的恒定电流在25℃下充电，直到电压达到4.25V(相对于Li)，并且然后，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，各锂电池以0.1C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第一次循环)。
各锂电池在形成操作的第一次循环之后以0.2C倍率的恒定电流，在25℃下充电，直到电压达到4.25V(相对于Li)，并且然后，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，各锂电池以0.2C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第二次循环)。
各锂电池在形成操作的第二次循环之后，以1.0C倍率的恒定电流，在25℃下充电，直到电压达到4.25V(相对于Li)，并且然后，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，各锂电池以1.0C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.75V(相对于Li)，并且将该充电和放电循环重复380次。
在充电和放电的所有循环中，在充电/放电的每次循环结束时存在10分钟的静置时间段。
一部分充电和放电实验结果显示在下面表1以及图1和2中。使用下面等式1定义在第380次循环时的容量保持率：
等式1
容量保持率＝[在第380次循环时的放电容量/在第一次循环时的放电容量]x100
表1
Figure BDA0002051416410000251
如表1以及图1和2中显示，包括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，相比不包括这种添加剂的比较例1-1的锂电池，呈现了在室温下明显增强的放电容量和寿命特性。
评估例2：在4.25V和高温(45℃)下充电和放电特性的评估
使用与评估例1使用的相同方法评估实施例1-1至3-1和比较例1-1的锂电池的充电和放电特性，不同之处是充电和放电温度改变至45℃。同时，充电和放电循环的数量改变为200次循环。
一部分充电和放电实验结果显示在下面表2以及图3和4中。使用下面的等式2定义在第200次循环时的容量保持率：
等式2
容量保持率＝[在第200次循环时的放电容量/在第一次循环时的放电容量]x100
表2
Figure BDA0002051416410000252
如表2以及图3和4中所显示，包括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，相比不包括这种添加剂的比较例1-1的锂电池，呈现了在高温下明显增强的放电容量和寿命特性。
评估例3：在4.30V和室温(25℃)下充电和放电特性的评估
实施例1-1和比较例1-1的锂电池各自以0.1C倍率的恒定电流在25℃下充电，直到电压达到4.30V(相对于Li)，并且然后，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，各锂电池以0.1C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第一次循环)。
各锂电池在形成操作的第一次循环之后以0.2C倍率的恒定电流，在25℃下充电，直到电压达到4.30V(相对于Li)，并且然后，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，各锂电池以0.2C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V(相对于Li)(形成操作，第二次循环)。
各锂电池在形成操作的第二次循环之后，以0.5C倍率的恒定电流，在25℃下充电，直到电压达到4.30V(相对于Li)，并且然后，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，各锂电池以1.0C倍率的恒定电流放电，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。
在充电和放电的所有循环中，在充电/放电的每次循环结束时存在10分钟的静置时间段。
一部分充电和放电实验结果显示在下面表3和图5中。使用下面等式3定义在第250次循环时的容量保持率：
等式3
容量保持率＝[在第250次循环时的放电容量/在第一次循环时的放电容量]x100
表3
Figure BDA0002051416410000261
如表3和图5中显示，包括根据本公开的实施方式的添加剂的实施例1-1的锂电池，相比不包括这种添加剂的比较例1-1的锂电池，呈现了在室温下明显增强的放电容量和寿命特性。
评估例4：在4.30V和高温(45℃)下充电和放电特性的评估
使用与评估例3中使用的相同方法评估实施例1-1和比较例1-1的锂电池的充电和放电特性，不同之处是充电和放电温度改变至45℃。而且，充电和放电循环的数量改变为200次循环。
一部分充电和放电实验结果显示在下面表4和图6中。使用下面等式4定义在第200次循环时的容量保持率：
等式4
容量保持率＝[在第200次循环时的放电容量/在第一次循环时的放电容量]x100
表4
Figure BDA0002051416410000271
如表4和图6中显示，包括根据本公开的实施方式的添加剂的实施例1-1的锂电池，相比不包括这种添加剂的比较例1-1的锂电池，呈现了在高温下明显增强的放电容量和寿命特性。
评估例5：高温(60℃)稳定性评估
实施例1-1至3-1和比较例1-1的锂电池如下进行充电和放电的第一次循环。各锂电池以0.5C倍率的恒定电流，在25℃下充电，直到电压达到4.3V，并且然后，在保持4.3V的恒定电压的同时，各锂电池充电，直到电流达到0.05C，并且然后，以0.5C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V。
各锂电池如下进行充电和放电的第二次循环。各锂电池以0.5C倍率的恒定电流充电，直到电压达到4.3V，并且然后，在保持4.3V的恒定电压的同时，各锂电池充电，直到电流达到0.05C，并且然后，以0.2C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.8V。
各锂电池如下进行充电和放电的第三次循环。各锂电池以0.5C倍率的恒定电流充电，直到电压达到4.3V，并且然后，在保持4.3V的恒定电压的同时，各锂电池充电，直到电流达到0.05C，并且然后，以0.2C倍率的恒定电流放电，直到电压达到2.80V。在第3次循环时的放电容量视为标准容量。
各锂电池如下进行充电和放电的第4次循环。各锂电池以0.5C倍率充电，直到电压达到4.30V，并且然后，在保持4.30V的恒定电压的同时，各锂电池充电，直到电流达到0.05C，充电的电池储存在60℃的烘箱中10天和30天，并且然后，从烘箱中取出电池，并且然后，以0.1C倍率放电，直到电压达到2.80V。
一部分充电和放电评估结果显示在下面表5中。使用下面等式5定义高温储存之后的容量保持率：
等式5
高温储存之后的容量保持率[％]＝[高温下在第4次循环时的放电容量/标准容量]x100(本文，标准容量为在第3次循环时的放电容量)
表5
在10天储存之后的容量保持率[％] 在30天储存之后的容量保持率[％]
实施例3-1 91 87
比较例1-1 90 86
如表5中显示，包括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，相比不包括本发明的有机电解质溶液的比较例1-1的锂电池，呈现了明显增强的高温稳定性。
评估例6：高温(60℃)储存之后的直流内电阻(DC-IR)评估
使用下述方法在室温下(25℃)，测量实施例1-1至3-1和比较例1-1的各锂电池，放置在60℃烘箱之前，在60℃的烘箱中储存10天之后和在60℃的烘箱中储存30天之后的DC-IR。
各锂电池如下进行充电和放电的第一次循环。各锂电池以0.5C的电流充电，直到电压达到50％SOC(充电状态)，以0.02C切断充电过程，并且然后，使各锂电池静置10分钟。随后，各锂电池进行下述过程：以0.5C的恒定电流放电30秒，随后静置30秒，并且以0.5C的恒定电流充电30秒，随后静置10分钟；以1.0C的恒定电流放电30分钟，随后静置30秒，并且以0.5C的恒定电流充电1分钟，随后静置10分钟；以2.0C的恒定电流放电30秒，随后静置30秒，并且以0.5C的恒定电流充电2分钟，随后静置10分钟；以3.0C的恒定电流放电30秒，随后静置30秒，并且以0.5C的恒定电流充电2分钟，随后静置10分钟。
在各C倍率下，30秒的平均电压下降值为直流电压值。
由测量的初始直流内电阻和高温储存之后的直流内电阻计算的一部分直流内电阻增长显示在下面表6中。直流内电阻增长由下面等式6表示：
等式6
直流内电阻增长[％]＝[高温储存之后的直流内电阻/初始直流内电阻]x100
表6
Figure BDA0002051416410000281
如表6中显示，包括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，相比不包括有机电解质溶液的比较例1-1的锂电池，呈现了高温储存之后直流内电阻增长的下降。
锂电池的制造(实施例E1至E4，参照例E1至E3、E7和E8，以及比较例E1和E4至E6)
实施例E1：VC低聚物(n＝2)1wt％+SEI-1316 1wt％
阳极的制造
将98wt％的人造石墨(由天津市贝特瑞新能源科技有限公司(Tianjin BTR NewEnergy Technology Co.，Ltd.)制造的BSG-L)、1.0wt％的作为粘合剂的SBR(由瑞翁(Zeon)制造)和1.0wt％的CMC(由日本A&L(NIPPON A&L)制造)混合在一起，将混合物添加至蒸馏水，并且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料浆。使用刮刀，将阳极活性物质料浆涂覆在厚度为10μm的Cu集电器上至厚度为约60μm，并且使集电器在热风干燥器中在100℃下干燥0.5小时，随后在真空中，120℃下，进一步干燥4小时，然后辊压，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％的粉末型人造石墨(由特密高(Timcal)制造的SFG6)作为导电材料、0.7wt％的炭黑(由ECP制造的科琴黑)、0.25wt％的改性的丙烯腈橡胶(由瑞翁公司(Zeon Corporation)制造的BM-720H)、0.9wt％的PVDF(由索尔维(Solvay)制造的S6020)和0.2wt％的PVDF(由索尔维(Solvay)制造的S5130)混合在一起，将混合物添加至作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮中，并且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料浆。使用刮刀，将阴极活性物质料浆涂覆在厚度为20μm的Al集电器上至厚度为约60μm，并且使集电器在热风干燥器中在100℃下干燥0.5小时，随后在真空中，120℃下，进一步干燥4小时，然后辊压，从而完成阴极板的制造。
阴极侧涂布有陶瓷的厚度为14μm的聚乙烯隔板和根据实施例35制备的有机电解质溶液用于完成锂电池的制造。
实施例E2：VC低聚物(n＝3)1wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例36制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
实施例E3：VC低聚物(n＝2)2wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例37制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
实施例E4：VC低聚物(n＝2)1wt％+SEI-1316 1.5wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例38制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
参照例E1：VC低聚物(n＝8)1wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例39制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
参照例E2：VC低聚物(n＝10)1wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例40制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
参照例E3：VC低聚物(n＝2)5wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例42制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
参照例E4：VC(n＝1)1wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据参照例2制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
参照例E5：VC(n＝2)1wt％+SEI-1316 1wt％+NCM333
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2用作阴极活性物质代替Li1.02Ni0.60Co0.20Mn0.20O2。
比较例E1：VC低聚物(n＝2)0.25wt％+SEI-1316 1wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例41制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
比较例E2：VC低聚物(n＝2)2wt％+SEI-1316 10wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例43制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
比较例E3：VC低聚物(n＝2)1wt％+SEI-1316 15wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据实施例44制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
比较例E4：VC低聚物(n＝2)1wt％+SEI-1316 0wt％
以与实施例E1中相同的方式制造锂电池，不同之处是使用根据比较例3制备的有机电解质溶液代替实施例35的有机电解质溶液。
评估例E1：在4.25V和高温(45℃)下充电和放电特性的评估
使用与评估例2中使用的相同方法评估根据实施例E1至E4、参照例E1至E3以及比较例E1至E6制造的锂电池在高温下的的充电和放电特性，不同之处是充电和放电循环的数量改变为300次循环。
一部分充电和放电实验结果显示在下面表E1中。使用下面等式7定义在第300次循环时的容量保持率：
<等式7>
容量保持率＝[在第300次循环时的放电容量/在第一次循环时的放电容量]x100
表E1
Figure BDA0002051416410000311
如表E1中显示，包括根据本公开的实施方式的添加剂和VC低聚物的实施例E1至E4的锂电池，相比不包括VC低聚物的参照例E4和不包括添加剂的比较例E4的锂电池，呈现了在高温下增强的寿命特性。
另外，在特定量的范围内包括添加剂的实施例E1至E4的锂电池，相比以超出特定范围的量包括添加剂的比较例E2和E3的锂电池，呈现了在高温下增强的寿命特性。
另外，在特定量的范围内包括VC低聚物的实施例E1至E4的锂电池，相比以超出特定范围的量包括VC低聚物的比较例E1和参照例E3的锂电池，呈现了在高温下增强的寿命特性。
另外，包括重复单元的数量在特定范围内的VC低聚物的实施例E1至E4的锂电池，相比重复单元的数量超出优选范围的参照例E1和E2的锂电池，呈现了在高温下增强的寿命特性。
评估例E2：在高温(60℃)储存之后的DC-IR评估
使用评估例6中使用的相同方法测量实施例E1至E4、参照例E1至E7和比较例E1的锂电池在高温储存之后的DC-IR，不同之处是高温储存时间改变至60天。
由测量的初始DC-IR和测量的高温储存之后的DC-IR计算的一部分DC-IR增长，显示在下面表E2中。DC-IR增长由下面等式6表示：
等式6
直流内电阻增长[％]＝[高温储存之后的直流内电阻/初始直流内电阻]x 100
表E2
Figure BDA0002051416410000321
如表E2中显示，使用根据本公开的实施方式的添加剂和VC低聚物实施例E1至E4的锂电池，相比不包括低聚物的参照例E4的锂电池和不包括添加剂的比较例E4的锂电池，呈现了更低的DC-IR增长。
另外，在特定量的范围内包括添加剂的实施例E1至E4的锂电池，相比以超出特定范围的量包括添加剂的比较例E2和E3的锂电池，呈现了更低的DC-IR增长。
另外，在特定量的范围内包括VC低聚物的实施例E1至E4的锂电池，相比以超出特定范围的量包括VC低聚物的参照例E3的锂电池，呈现了更低的DC-IR增长。
另外，包括重复单元的数量在特定范围内的VC低聚物的实施例E1至E4的锂电池，相比包括重复单元的数量超出特定范围的VC低聚物的参照例E1和E2以及比较例E4的锂电池，呈现了更低的DC-IR增长。
通过总结和回顾，当锂电池在高操作电压下操作时，对于锂高度活性的水性电解质溶液可能不适于用在这种锂电池中。锂电池一般使用有机电解质溶液。通过将锂盐溶于有机溶剂而制备有机电解质溶液。可使用在高电压下具有稳定性、高离子传导性、高介电常数和低粘度的有机溶剂。
当锂电池使用普通的包括碳酸酯类的极性非水性溶剂的有机电解质溶液时，在初次充电期间会发生其中由于阳极/阴极和有机电解质溶液之间的副反应导致过度使用电荷的不可逆的反应。由于这种不可逆的反应，可在阳极的表面形成钝化层，比如固体电解质界面(SEI)层。另外，在阴极的表面形成保护层。
就此而言，使用现有的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呈现下降的稳定性。
所以，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。
实施方式提供了包括有机电解质溶液的锂电池，该有机电解质溶液包括低聚物化合物和新的基于双环硫酸酯的添加剂。根据实施方式的锂电池呈现了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，并且尽管采用了具体的术语，但是仅仅以一般和描述性意思使用和解释它们而不是为了限制的目的。在一些情况下，如在本申请提交时对本领域的普通技术人员显而易见的，结合具体的实施方式描述的特征、特点和/或要素可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，除非以其他方式具体指出。因此，本领域技术人员将理解，在不背离下述权利要求阐释的精神和范围的情况下，可进行形式和细节上的各种改变。

Claims (22)

1.一种锂电池，包括：
阴极，其包括阴极活性物质；
阳极，其包括阳极活性物质；和
所述阴极和所述阳极之间的有机电解质溶液，
其中所述有机电解质溶液包括第一锂盐、有机溶剂、低聚物化合物和由下面式1表示的基于双环硫酸酯的化合物：
<式1>
Figure FDA0003642109590000011
其中，式1中，A1、A2、A3和A4各自独立地为共价键、取代的或未取代的C1-C5亚烷基、羰基或亚磺酰基，其中A1和A2不全是共价键并且A3和A4不全是共价键，
其中所述低聚物化合物包括选自下述中的至少一种：碳酸亚乙烯酯低聚物、碳酸乙烯基亚乙酯低聚物、碳酸烯丙基乙烯酯低聚物、乙酸乙烯酯低聚物、己二酸二乙烯酯低聚物、乙烯基吡啶低聚物、马来酸酐低聚物、肉桂酸甲酯低聚物、亚硫酸乙烯基亚乙酯低聚物和丙烯腈低聚物。
2.根据权利要求1所述的锂电池，其中A1、A2、A3和A4中的至少一个为取代的或未取代的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述中的至少一个：卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C20环烯基、卤素取代的或未取代的C3-C20杂环基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基或者具有至少一个杂原子的极性官能团。
3.根据权利要求1所述的锂电池，其中A1、A2、A3和A4中的至少一个为取代的或未取代的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.根据权利要求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述中的至少一个：-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 FDA0003642109590000021
Figure FDA0003642109590000022
其中，在上面的式中，R11和R15各自独立地为卤素取代的或未取代的C1-C20亚烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20亚烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20亚炔基、卤素取代的或未取代的C3-C12亚环烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40亚芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40亚杂芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15烷基亚芳基或者卤素取代的或未取代的C7-C15亚芳烷基；且
R12、R13、R14和R16各自独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C12环烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基、卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15烷基芳基、卤素取代的或未取代的C7-C15三烷基甲硅烷基或者卤素取代的或未取代的C7-C15芳烷基。
5.根据权利要求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3表示：
Figure FDA0003642109590000031
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；且
E1和E2各自独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C2-C20烯基、卤素取代的或未取代的C2-C20炔基、卤素取代的或未取代的C3-C20环烯基、卤素取代的或未取代的C3-C20杂环基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
6.根据权利要求5所述的锂电池，其中E1和E2各自独立地为氢、卤素、卤素取代的或未取代的C1-C10烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
7.根据权利要求5所述的锂电池，其中E1和E2各自独立地选自下述中的至少一个：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.根据权利要求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5表示：
Figure FDA0003642109590000032
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、卤素取代的或未取代的C1-C20烷基、卤素取代的或未取代的C6-C40芳基或者卤素取代的或未取代的C2-C40杂芳基。
9.根据权利要求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.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述基于双环硫酸酯的化合物由下面式6至17中的一个表示：
Figure FDA0003642109590000041
11.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述基于双环硫酸酯的化合物的量为基于所述有机电解质溶液的总重的0.4wt％至5wt％。
12.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述基于双环硫酸酯的化合物的量为基于所述有机电解质溶液的总重的0.4wt％至3wt％。
13.根据权利要求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述中的至少一种：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.根据权利要求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取代的碳酸乙烯基亚乙酯；氟代碳酸亚乙酯；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亚乙酯。
15.根据权利要求14所述的锂电池，其中所述环状碳酸酯化合物的量为基于所述有机电解质溶液的总重的0.01wt％至5wt％。
16.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述有机电解质溶液进一步包括与所述第一锂盐不同并且由下面式18至25中的一个表示的第二锂盐：
Figure FDA0003642109590000051
Figure FDA0003642109590000061
17.根据权利要求16所述的锂电池，其中所述第二锂盐的量为基于所述有机电解质溶液的总重的0.1wt％至5wt％。
18.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述低聚物化合物的量为基于所述有机电解质溶液的总重的大于等于0.5wt％小于5wt％。
19.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述低聚物化合物的量为基于所述有机电解质溶液的总重的0.5wt％至3wt％。
20.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述低聚物化合物中包括的重复单元的数量为2至5。
21.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述阴极包括含镍的层状锂过渡金属氧化物。
22.根据权利要求21所述的锂电池，其中所述锂过渡金属氧化物中镍的含量相对于过渡金属的总摩尔数为60mol％或更多。
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