CN115189021A - 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。本发明提供的一种锂离子电池非水电解液包括非水有机溶剂、锂盐以及螺环酯类化合物。本发明还提供一种包含上述锂离子电池非水电解液的锂离子电池。本发明提供的锂离子电池非水电解液中的螺环酯类化合物有助于锂离子电池在充放电过程中形成稳定的SEI膜，使所制备的锂离子电池在高温条件下同样具有优异的电化学性能。

Description

一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池因其工作电压高、安全性高、长寿命、无记忆效应等特点，在便携式电子产品领域中取得了长足的发展。随着新能源汽车的发展，锂离子电池在新能源汽车用动力电源系统具有巨大的应用前景。
锂离子电池电芯主要由正极、负极、隔膜以及电解液组成。其中电解液是影响电池高温性能的关键因素。目前锂离子电池中常用的电解液为非水电解液，非水电解液中的添加剂对电池高温性能的发挥尤其重要。在锂离子电池初始充电过程中，电池正极材料中的锂离子脱嵌出来，通过电解液嵌入碳负极中。由于锂具有高反应性，电解液在碳负极表面反应产生Li2CO3、Li2O、LiOH等化合物，从而在负极表面形成钝化膜，该钝化膜称为固体电解液界面膜(SEI)。在初始充电过程中形成的SEI膜，能够阻止电解液进一步在碳负极表面分解，而且起到锂离子隧道作用，只允许锂离子通过。但是在锂电池的充放电过程中，电极可能会发生体积变化导致SEI膜发生破裂，这可能会致使电池的负极再次暴露并与电解液发生反应同时产生气体，从而增加锂电池的内压，降低电池的循环寿命。电池在高温条件下储存或进行反应时，SEI膜更容易发生破裂，从而导致锂电池在高温条件下循环性能下降更为明显。因此，SEI膜决定了锂离子电池性能的好坏。
现有技术中为了提高锂离子电池的各项性能，许多科研者通过往电解液中添加不同的负极成膜添加剂，例如碳酸亚乙烯酯，氟代碳酸乙烯酯，碳酸乙烯亚乙酯，1,3-丙烷磺酸内酯等添加剂来改善SEI膜的质量，从而改善电池的各项性能。但是在电解液中添加上述物质后锂离子电池的高温存储和循环性能仍然较差。因此研发一种能保证锂离子电池在高温下的电化学性能优异的非水电解液至关重要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池非水电解液，能够改善锂离子电池的高温存储和循环性能。
本发明采用如下技术方案：
一种锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐以及螺环酯类化合物，螺环酯类化合物如结构式1所示：
Figure BDA0003009452590000021
其中，X1为
Figure BDA0003009452590000022
基团中的一种；R9为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R9选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、氟代庚烷氧基、氟代辛烷氧基、氟代壬烷氧基、氟代癸烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基、庚烷氧基、辛烷氧基、壬烷氧基、癸烷氧基中的一种；
优选的，R9为卤素原子、碳原子数为1-6的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R9选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基中的一种。
X2为
Figure BDA0003009452590000031
基团中的一种；R10为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R10选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、氟代庚烷氧基、氟代辛烷氧基、氟代壬烷氧基、氟代癸烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基、庚烷氧基、辛烷氧基、壬烷氧基、癸烷氧基中的一种；
优选的，R10为卤素原子、碳原子数为1-6的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R10选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基中的一种。
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氢原子、卤素原子、1-10个碳原子的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、氟代庚烷氧基、氟代辛烷氧基、氟代壬烷氧基、氟代癸烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基、庚烷氧基、辛烷氧基、壬烷氧基、癸烷氧基中的一种；
优选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氢原子、卤素原子、1-3个碳原子的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基中的一种。
进一步的，螺环酯类化合物包含类别1-4中的一种：
Figure BDA0003009452590000041
Figure BDA0003009452590000051
其中，X1为
Figure BDA0003009452590000052
基团中的一种；R9为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R9选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、氟代庚烷氧基、氟代辛烷氧基、氟代壬烷氧基、氟代癸烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基、庚烷氧基、辛烷氧基、壬烷氧基、癸烷氧基中的一种；
优选的，R9为卤素原子、碳原子数为1-6的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R9选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基中的一种。
X2为
Figure BDA0003009452590000053
基团中的一种；R10为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R10选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、氟代庚烷氧基、氟代辛烷氧基、氟代壬烷氧基、氟代癸烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基、庚烷氧基、辛烷氧基、壬烷氧基、癸烷氧基中的一种；
优选的，R10为卤素原子、碳原子数为1-6的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R10选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基中的一种；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氢原子、卤素原子、1-10个碳原子的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、氟代庚烷氧基、氟代辛烷氧基、氟代壬烷氧基、氟代癸烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基、庚烷氧基、辛烷氧基、壬烷氧基、癸烷氧基中的一种；
优选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氢原子、卤素原子、1-3个碳原子的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
优选的，卤素原子选自氟、氯、溴、碘中的一种；
优选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基中的一种。
进一步的，螺环酯类化合物包含化合物1-65中的一种：
Figure BDA0003009452590000061
Figure BDA0003009452590000071
Figure BDA0003009452590000081
Figure BDA0003009452590000091
Figure BDA0003009452590000101
进一步的，螺环酯类化合物的质量为锂离子电池非水电解液的总质量的0.01％-5.0％。当螺环酯类化合物的质量低于非水电解液的总质量的0.01％时，电解液中的化合物含量过低无法在负极表面形成完整的钝化膜，从而难以明显改善非水电解液电池的高温性能，且电池内阻无明显降低。而当螺环酯类化合物的质量高于非水电解液的总质量的5.0％时，负极表面容易形成过厚的SEI钝化膜，反而增加电池内阻，而且电池容量保持率明显劣化。优选的，螺环酯类化合物的质量为锂离子电池非水电解液的总质量的0.5％-3.0％。此时所制备的锂离子电池的电化学性能更为优异。
进一步的，本发明的锂离子电池非水电解液还可以包含磺酸酯或碳酸酯。
优选的，所述磺酸酯选自1,3-丙烷磺内酯(1,3-PS)、1,4-丁烷磺内酯(BS)、1,3-丙烯磺内酯(PST)中的一种或多种。
优选的，所述碳酸酯选自碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或多种。
进一步的，添加剂的用量为非水电解液总质量的0.01％-5.0％。优选的，添加剂的用量为非水电解液总质量的0.2％-3.0％。更优选的，添加剂的用量为非水电解液总质量的0.5％-3.0％。
进一步的，锂盐为LiPF6、LiBOB、LiDFOB、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3或LiN(SO2F)2中的一种或多种。
优选的，锂盐为LiPF6或LiPF6与其他锂盐的混合物。
进一步的，锂盐的质量为非水电解液总质量的0.1％-15％。
优选的，锂盐的质量为非水电解液总质量的1％-13％。
优选的，锂盐的质量为非水电解液总质量的5-13％。
优选的，锂盐的质量为非水电解液总质量的10-12％。
进一步的，非水有机溶剂包括至少一种环状碳酸酯和至少一种链状碳酸酯。
进一步的，环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种或多种。
进一步的，链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的一种或多种。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述锂离子电池非水电解液、正极、负极以及隔膜。
进一步的，正极包括正极活性材料，正极活性材料包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCo1-yMyO2、LiNi1-yMyO2、LiMn2-yMyO4和LiNixCoyMnzM1-x-y-zO2中的一种或多种，其中，M选自Fe、Co、Ni、Mn、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V或Ti中的一种或多种，且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。
进一步的，正极的活性材料包括LiFe1-xMxPO4，其中M选自Mn、Mg、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V或Ti中的一种或多种，且0≤x＜1。
进一步的，正极还包括用于引出电流的正极集流体，正极活性材料覆盖于正极集流体上。
进一步的，负极包括负极活性材料，负极活性材料包括碳材料、金属合金、含锂氧化物及含硅材料中的一种。
进一步的，负极还包括有用于引出电流的负极集流体，负极活性材料覆盖于负极集流体上。
进一步的，隔膜设置在正极和负极之间，隔膜可以为聚乙烯多孔膜。
(1)本发明提供的锂离子电池非水电解液，通过在电解液中添加结构式1所示的螺环酯类化合物，结构式1所示的螺环酯类化合物会在负极上发生还原反应从而裂解成为开环状的多价阴离子自由基，产生的自由基端基会进一步发生反应形成交联的多价盐，这种交联的多价盐会在负极表面形成致密的网状结构SEI膜，此外结构式1所示化合物的环张力使SEI膜表面具有较大的柔韧性，即使高温下，电极界面膜阻抗增加也相对比较缓慢，能有效减少电解液溶剂在负极上发生分解，减少气体的产生，从而提高锂离子电池在高温条件下的电化学性能。
(2)交联的多价盐还具有更加好的抗氧化特性，减缓电解液的氧化进程，能够显著提升锂离子电池的循环性能以及高温储存性能。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
1)非水电解液的制备：
将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比为EC:DEC:EMC＝1:1:1进行混合，然后加入六氟磷酸锂(LiPF6)至摩尔浓度为1mol/L，以非水电解液的总重量为100％计，加入按表2中实施例1所示质量百分含量的化合物1。
2)正极板的制备：
按93:4:3的质量比混合正极活性材料锂镍钴锰氧化物LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，导电碳黑Super-P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，然后将它们分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，得到正极浆料。将浆料均匀涂布在铝箔的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，并用超声波焊机焊上铝制引出线后得到正极板，极板的厚度在120-150μm之间。
3)负极板的制备：
按94:1:2.5:2.5的质量比混合负极活性材料人造石墨，导电碳黑Super-P，粘结剂丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)，然后将它们分散在去离子水中，得到负极浆料。将浆料涂布在铜箔的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，并用超声波焊机焊上镍制引出线后得到负极板，极板的厚度在120-150μm之间。
4)电芯的制备：
在正极板和负极板之间放置厚度为20μm的三层隔膜，然后将正极板、负极板和隔膜组成的三明治结构进行卷绕，再将卷绕体压扁后放入铝箔包装袋，在75℃下真空烘烤48h，得到待注液的电芯。
5)电芯的注液和化成：
在露点控制在-40℃以下的手套箱中，将上述制备的电解液注入电芯中，经真空封装，静止24h。
然后按以下步骤进行首次充电的常规化成：0.05C恒流充电180min，0.2C恒流充电至3.95V，二次真空封口，然后进一步以0.2C的电流恒流充电至4.2V，常温搁置24h后，以0.2C的电流恒流放电至3.0V，得到一种LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨锂离子电池。
6)实施例和对比例制作的锂离子电池的性能测试
为了验证本发明的锂离子电池非水电解液对电池性能的影响，下面对下述实施例及对比例制作的锂离子电池进行相关的性能测试。测试的性能包括高温循环性能测试和高温储存性能测试，具体测试方法如下：
(1)高温循环性能测试
将实施例及对比例制作的锂离子电池置于恒温45℃的烘箱中，以1C的电流恒流充电至4.2V(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨锂离子电池)，再恒压充电至电流下降至0.02C，然后以1C的电流恒流放电至3.0V，如此循环，记录第1次的放电容量和最后一次的放电容量。
按下式计算循环的容量保持率：
电池容量保持率(％)＝最后一次的放电容量/第1次的放电容量×100％。
(2)高温储存性能测试
将实施例及对比例制作的锂离子电池在化成后在常温下用1C恒流恒压充至4.2V(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/人造石墨锂离子电池)，测量电池初始放电容量及初始电池厚度，然后在60℃环境中储存30天后，以1C放电至3V，测量电池的保持容量和恢复容量及储存后电池厚度。计算公式如下：
电池容量保持率(％)＝保持容量/初始容量×100％；
电池容量恢复率(％)＝恢复容量/初始容量×100％；
厚度膨胀率(％)＝(储存后电池厚度-初始电池厚度)/初始电池厚度×100％。
实施例2
如表2所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物3之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
实施例3
如表2所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物4之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
实施例4
如表2所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物5之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
实施例5
如表2所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物6之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
实施例6
如表2所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物7之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
实施例7
如表2所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物8之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
实施例8
如表2所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物9之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
对比例1
如表2所示，除了电解液的制备中不添加1.0％的化合物1之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
对比例2
如表2所示，除了电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的碳酸亚乙烯酯(VC)，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
对比例3
如表2所示，除了电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的硫酸乙烯酯(DTD)，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
对比例4
如表2所示，除了电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的1,3-丙烷磺酸内酯(PS)，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表3。
表1本发明实施方式中所用螺环酯类化合物1和化合物3-9的结构式
Figure BDA0003009452590000161
表2实施例1-8、对比例1-4中螺环酯类化合物以及其他添加剂的含量
Figure BDA0003009452590000162
Figure BDA0003009452590000171
表3实施例1-8以及对比例1-4中所制备电池的电化学性能测试结果
Figure BDA0003009452590000172
对比实施例1-8和对比例1、4的测试结果可知，相比在电解液中不添加本发明中的螺环酯类化合物或者添加DTD的硫酸酯类化合物，在非水电解液中添加1.0％的化合物1～8，能够更明显地改善锂离子电池的高温储存和循环性能。在60℃存储30天，电池的容量保持率和容量恢复率均能达到87％以上。
实施例9
如表4所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成0.01％的化合物1之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表5。
实施例10
如表4所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成0.1％的化合物1之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表5。
实施例11
如表4所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成0.5％的化合物1之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表5。
实施例12
如表4所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成2.0％的化合物1之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表5。
实施例13
如表4所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成3.0％的化合物1之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表5。
实施例14
如表4所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成5.0％的化合物1之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表5。
表4实施例9-14中螺环酯类化合物以及其他添加剂的含量
实施例 化合物及含量 其他添加剂及含量
实施例9 化合物1：0.01％ -
实施例10 化合物1：0.1％ -
实施例11 化合物1：0.5％ -
实施例12 化合物1：2％ -
实施例13 化合物1：3％ -
实施例14 化合物1：5％ -
表5实施例9-14所制备电池的电化学性能测试结果
Figure BDA0003009452590000181
Figure BDA0003009452590000191
根据实施例根据实施例1、9-14和对比例1中的测试结果可知，在电解液中添加0.1％-5.0％结构式1所示化合物，均可以改善电池性能。当添加0.5％、1.0％、2.0％和3.0％的化合物1电池在45℃，1C条件下循环500周，容量保持率进一步提高至90％以上，60℃储存30天电池的容量保持率、容量恢复率均能达到90％以上，厚度膨胀率进一步降低。因此本发明限定所添加螺环酯类化合物的含量为0.1％-5.0％，优选为0.5％-3.0％。
实施例15
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成0.1％的化合物1以及1.0％的碳酸亚乙烯酯(VC)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
实施例16
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成0.5％的化合物1以及1.0％的碳酸亚乙烯酯(VC)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
实施例17
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物1以及1.0％的碳酸亚乙烯酯(VC)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
实施例18
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成5.0％的化合物1以及1.0％的碳酸亚乙烯酯(VC)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
实施例19
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成0.1％的化合物1以及1.0％的碳酸亚乙烯酯(VC)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
实施例20
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成0.5％的化合物1以及1.0％的1,3-丙烷磺酸内酯(PS)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
实施例21
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成1.0％的化合物1以及1.0％的1,3-丙烷磺酸内酯(PS)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
实施例22
如表6所示，除了非水电解液的制备中将1.0％的化合物1换成5.0％的化合物1以及1.0％的1,3-丙烷磺酸内酯(PS)之外，其他与实施例1相同，测试得到的高温性能数据见表7。
表6实施例15-22中螺环酯类化合物以及其他添加剂的含量
Figure BDA0003009452590000201
Figure BDA0003009452590000211
表7实施例15-22中所制备的电池的电化学性能测试结果
Figure BDA0003009452590000212
实施例15-18相对于实施例10、11、1、14和对比例2的数据显示，同时加入结构式1所示化合物和VC，相比于单独加入结构式1所示的化合物或VC，电池的高温循环性能、高温存储性能更优。本发明中所提供的电解液中包含1％的螺环酯类化合物与1％的碳酸亚乙烯酯(VC)可以使所组装电池在45℃，循环500周的容量保持率达到92.6％，60℃存储30天的容量保持率可以到93.5％，容量恢复率可以达到93.8％，厚度膨胀率减小至6.3％。实施例19-22相对于实施例10、11、1、14和对比例4的数据显示，同时加入结构式1所示化合物和PS，相比于单独加入结构式1所示的化合物或PS，电池的高温循环性能、高温存储性能更优。本发明中所提供的电解液中包含1％的螺环酯类化合物与1％的1,3-丙烷磺酸内酯(PS)可以使所组装电池在45℃，循环500周的容量保持率达到92.8％，60℃存储30天的容量保持率可以到93.8％，容量恢复率可以达到93.9％，厚度膨胀率减小至6.0％。
综上所述，本发明在电解液中添加了螺环酯类化合物，所制备的电解液能够保证锂离子电池在充放电过程中能够形成稳定的SEI膜，从而保证锂离子电池具有优异的电化学性能。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，包括非水有机溶剂、锂盐以及螺环酯类化合物，所述螺环酯类化合物如结构式1所示：
Figure FDA0003009452580000011
其中，X1为
Figure FDA0003009452580000012
基团中的一种；R9为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
X2为
Figure FDA0003009452580000013
基团中的一种；R10为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氢原子、卤素原子、1-10个碳原子的卤代或非卤代烷氧基中的一种。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述螺环酯类化合物包含类别1-4中的一种：
Figure FDA0003009452580000014
类别1
Figure FDA0003009452580000015
类别2
Figure FDA0003009452580000021
类别3
Figure FDA0003009452580000022
类别4
其中，R9为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
R10为卤素原子、碳原子数为1-10的卤代或非卤代烷氧基中的一种；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立的选自氢原子、卤素原子、1-10个碳原子的卤代或非卤代烷氧基中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述卤素原子选自氟、氯、溴、碘；所述1-10个碳原子的卤代或非卤代烷氧基选自氟代甲氧基、氟代乙氧基、氟代丙氧基、氟代丁烷氧基、氟代戊烷氧基、氟代己烷氧基、氟代庚烷氧基、氟代辛烷氧基、氟代壬烷氧基、氟代癸烷氧基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁烷氧基、戊烷氧基、己烷氧基、庚烷氧基、辛烷氧基、壬烷氧基、癸烷氧基中的一种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述螺环酯类化合物包含化合物1-65中的一种：
Figure FDA0003009452580000023
Figure FDA0003009452580000031
Figure FDA0003009452580000041
Figure FDA0003009452580000051
Figure FDA0003009452580000061
5.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述螺环酯类化合物的质量为锂离子电池非水电解液的总质量的0.01％-5.0％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，还包括磺酸酯或碳酸酯；
所述磺酸酯包括1,3-丙烷磺内酯(1,3-PS)、1,4-丁烷磺内酯(BS)、1,3-丙烯磺内酯(PST)中的一种或多种；
所述碳酸酯包括碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiBOB、LiDFOB、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3或LiN(SO2F)2中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂包括至少一种环状碳酸酯和至少一种链状碳酸酯。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种或多种；所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的一种或多种。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的锂离子电池非水电解液、正极、负极以及隔膜。
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