CN116053584A - 一种电解液和锂离子电池 - Google Patents

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CN116053584A CN202310037161.7A CN202310037161A CN116053584A CN 116053584 A CN116053584 A CN 116053584A CN 202310037161 A CN202310037161 A CN 202310037161A CN 116053584 A CN116053584 A CN 116053584A
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张昌明
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Abstract

本发明涉及电池制造领域，特别是一种电解液和锂离子电池，电解液包括电解质盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括添加剂S1；添加剂S1具有如式(1)所示的结构：
Figure DDA0004049258540000011
其中，R4与腈基相连，R1、R2、R3中至少一个为‑O(Si‑R11R12R13)；R11、R12、R13分别选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基中的任意一种；添加剂S1的质量为电解液总质量的0.1％‑10％。本发明通过电解液中的添加剂发生化学反应后在正负极表面形成致密稳定的CEI&SEI薄膜结构，从而对正负极材料起到保护作用，进而保证高电压锂离子电池具有良好的性能。

Description

一种电解液和锂离子电池
技术领域
本发明涉及电池制造领域，特别是一种电解液和锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为一种性能优异的二次电池，被广泛应用在各类消费级电子产品当中，例如智能手机、笔记本电脑、动力电池等。随着科学技术的发展和消费市场的反馈，对于锂离子电池的性能要求越来越高，其中，电池高能量密度的需求与高电压(＞4.4V)正极材料以及电池良好的高温性能密不可分。而锂离子电池主要由负极材料、正极材料、电解液和隔膜组成，每一部分都对电池性能产生着重要影响。
现有的锂离子电池的电解液体系大多以六氟磷酸锂(LiPF6)为主导锂盐，六氟磷酸锂会对电池的正负极产生不良影响甚至是结构破坏，进而会使得锂离子电池性能下降。故现在亟需一种用于高电压锂离子电池的电解液体系，以保证高电压锂离子电池的良好性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种电解液和锂离子电池，巧妙地解决了现有技术中高电压锂离子电池性能较差的问题。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明提供了一种电解液，电解液包括电解质盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括添加剂S1；添加剂S1具有如式(1)所示的结构：
Figure BDA0004049258530000021
其中，R4与腈基相连，R1、R2、R3中至少一个为-O(Si-R11R12R13)；
R11、R12、R13分别选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基中的任意一种；
添加剂S1的质量为电解液总质量的0.1％-10％。
可选地，电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐、镁盐、锌盐和铝盐中的至少一种；
或，电解质盐为MClO4、MBF4、MPF6、MAsF6、MPF2O2、MCF3SO3、MTDI、MB(C2O4)2、MBF2C2O4、M[(CF3SO2)2N]、M[(FSO2)2N]和M[(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)N]中的至少一种；其中，M为Li、Na和K中的任意一个，m和n为自然数。
可选地，电解质盐的摩尔浓度为0.01-8.0mol/L。
可选地，非水有机溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂、羧酸酯类溶剂中的至少一种。
可选地，添加剂还包括添加剂S2，添加剂S2为氟代碳酸乙烯酯、联苯、氟苯、碳酸亚乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1，3-丙磺酸内酯、1，4-丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷和1，3，6-己烷三腈中的至少一种；添加剂S2的质量为电解液总质量的0.1％-10％。
可选地，添加剂S1具有如式(2)～式(4)任一项所示的结构：
Figure BDA0004049258530000031
Figure BDA0004049258530000041
可选地，R4选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基、-NR’中的任意一种；
R1、R2、R3包括第一取代基和至少一个第二取代基，第二取代基为-O(Si-R11R12R13)，第一取代基为氢、氟、氯、溴、烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基、取代磺酸基、取代磷酸酯基、取代酰亚胺基和取代磺酰亚胺基、氨基、-NH-R’中的任意一种；
R’为烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基中的任意一种；
卤素元素为氟、氯、溴、碘中的任意一种。
可选地，烷基、卤代烷基、烷氧基和卤代烷氧基中的碳原子数为1-20；烯基、卤代烯基、烯氧基和卤代烯氧基的碳原子数为2-20；芳基、卤代芳基、芳氧基和卤代芳氧基的碳原子数为6-20。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和如上述的电解液。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提供了一种电解液，通过电解液中的添加剂发生化学反应后在正负极表面形成致密稳定的CEI&SEI薄膜结构，从而对正负极材料起到保护作用，进而保证高电压锂离子电池具有良好的性能。
具体实施方式
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜四大关键部分组成，为了使锂电池发挥出更优异的电性能，则需要锂电池在长期循环过程中正负极依然保持较好的结构完整性。
然而，目前的常规电解液在4.4V以上的使用条件下难以保证电池的高温长循环寿命及高温存储性能，在高电压条件下正极材料与电解液接触会发生一系列物理化学反应，使得溶剂分子共插破坏负极结构，从而造成电池循环衰减甚至进一步引发安全问题。
现有的电解液体系大多以六氟磷酸锂(LiPF6)为主导锂盐，由于LiPF6自身热稳定性较差，对水敏感，易分解产生PF5。一方面，PF5与水反应会产生氢氟酸(HF)，而HF与高电压正极材料会发生严重的副反应，从而破坏正极材料结构、加速正极材料中过渡金属的溶出；另一方面，HF与电解液不断反应生成的副产物会沉积在负极材料的表面，从而增大电池阻抗，进而严重恶化电池性能。
现对本发明的技术方案及实施例作详细说明。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种电解液，电解液包括电解质盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括添加剂S1；添加剂S1具有如式(1)所示的结构：
Figure BDA0004049258530000061
其中，R4与腈基相连，R1、R2、R3中至少一个为-O(Si-R11R12R13)；
R11、R12、R13分别选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基中的任意一种；
添加剂S1的质量为电解液总质量的0.1％-10％。
添加剂S1具有电化学窗口较宽、高电压性能稳定的特点，添加剂S1结构中的氰基可与正极材料的高价金属离子形成稳定的络合物，从而抑制电解液在正极材料表面发生副反应，进而提高电解液的耐氧化能力。此外添加剂S1会优先于碳酸酯发生氧化还原反应，从而在正负极表面形成致密稳定的CEI&SEI薄膜结构；同时还能够捕获电解液中反应产生的HF,从而可有效阻止HF对正极结构的破坏。综上所述，添加剂S1可以有效提升电池高温循环及存储性能。
其中，添加剂S1能够在正极上形成CEI薄膜结构主要是由于添加剂S1可以优于碳酸酯类溶剂发生氧化反应，从而在正极材料上氧化分解形成薄的正极界面膜、抑制电解液的分解，进而提升电池的高温循环性能和存储性能。
添加剂S1在负极上形成SEI薄膜结构主要是由于添加剂S1中含有Si-O结构，从而使其能够优先于电解液的其他组分发生还原反应，形成含有Si-O-Si、Si-O、Si-O-C结构的致密、稳定的SEI膜，优先的还原反应可以抑制碳酸酯的分解和石墨结构剥离。
可选地，电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐、镁盐、锌盐和铝盐中的至少一种；
或，电解质盐为MClO4、MBF4、MPF6、MAsF6、MPF2O2、MCF3SO3、MTDI、MB(C2O4)2、MBF2C2O4、M[(CF3SO2)2N]、M[(FSO2)2N]和M[(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)N]中的至少一种；其中，M为Li、Na和K中的任意一个，m和n为自然数。
可选地，电解质盐的摩尔浓度为0.01-8.0mol/L。
可选地，非水有机溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂、羧酸酯类溶剂中的至少一种。
可选地，添加剂还包括添加剂S2，添加剂S2为氟代碳酸乙烯酯、联苯、氟苯、碳酸亚乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1，3-丙磺酸内酯、1，4-丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷和1，3，6-己烷三腈中的至少一种；添加剂S2的质量为电解液总质量的0.1％-10％。
可选地，添加剂S1具有如式(2)～式(4)任一项所示的结构：
Figure BDA0004049258530000071
Figure BDA0004049258530000081
可选地，R4选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基、-NR’中的任意一种；
R1、R2、R3包括第一取代基和至少一个第二取代基，第二取代基为-O(Si-R11R12R13)，第一取代基为氢、氟、氯、溴、烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基、取代磺酸基、取代磷酸酯基、取代酰亚胺基和取代磺酰亚胺基、氨基、-NH-R’中的任意一种；
R’为烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基中的任意一种；
卤素元素为氟、氯、溴、碘中的任意一种。
可选地，烷基、卤代烷基、烷氧基和卤代烷氧基中的碳原子数为1-20；烯基、卤代烯基、烯氧基和卤代烯氧基的碳原子数为2-20；芳基、卤代芳基、芳氧基和卤代芳氧基的碳原子数为6-20。
本发明还提供了一种锂离子电池，锂离子电池包括正极、负极、隔膜和如上述的电解液。
其中，负极可以包括碳基负极、硅基负极、锡基负极、锂负极、钠负极、钾负极、镁负极、锌负极和铝负极中的一种或多种。
具体地，在实际应用生产中，碳基负极可以包括石墨、硬碳、软碳、石墨烯中的一种或多种；硅基负极可以包括硅、硅碳、硅氧、硅金属化合物中的一种或多种；锡基负极可以包括锡、锡碳、锡氧、锡金属化合物中的一种或多种。其中，锂负极、钠负极、钾负极、镁负极、锌负极、铝负极可以是锂、钠、钾、镁、锌、铝金属单质或其合金，也可以是具有集流体的上述金属或合金，即包括集流体和设置在集流体上的上述金属单质或合金层。以锂负极为例，锂负极可以是单纯的金属锂或锂合金，例如锂箔，也可以是包括集流体和设置在集流体上的金属锂或锂合金，例如锂铜复合带。
需要说明的是，在不影响锂离子电池电化学性能的前提下，本申请实施例不对上述锂离子电池的负极材料做出具体限定。
下面通过具体实施例详细描述本发明，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
实施例1提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S1，混合均匀后，制得电解液。上述添加剂S1的化学结构式如下所示：
Figure BDA0004049258530000101
其中，添加剂S1占电解液总质量的百分比含量为2％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例2
实施例2提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S1，混合均匀后，制得电解液。上述添加剂S1的化学结构式如下所示：
Figure BDA0004049258530000121
其中，添加剂S1占电解液总质量的百分比含量为0.5％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例3
实施例3提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S1，混合均匀后，制得电解液。上述添加剂S1的化学结构式如下所示：
Figure BDA0004049258530000131
其中，添加剂S1占电解液总质量的百分比含量为1％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例4
实施例4提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S1，混合均匀后，制得电解液。上述添加剂S1的化学结构式如下所示：
Figure BDA0004049258530000151
其中，添加剂S1占电解液总质量的百分比含量为1％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例5
实施例5提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S1，混合均匀后，制得电解液。上述添加剂S1的化学结构式如下所示：
Figure BDA0004049258530000171
其中，添加剂S1占电解液总质量的百分比含量为2％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例6
实施例6提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S1，混合均匀后，制得电解液。上述添加剂S1的化学结构式如下所示：
Figure BDA0004049258530000191
其中，添加剂S1占电解液总质量的百分比含量为0.1％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例7
实施例7提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S1，混合均匀后，制得电解液。上述添加剂S1的化学结构式如下所示：
Figure BDA0004049258530000211
其中，添加剂S1占电解液总质量的百分比含量为10％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例8
实施例8提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S2，经混合均匀后，制得电解液。其中，选用1,3,6己烷三腈(HTCN)作为添加剂S2，添加剂S2占电解液总质量的百分比含量为0.1％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
实施例9
实施例9提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)制成混合溶液；
1.3向上述步骤1.2的混合溶液中加入添加剂S2，经混合均匀后，制得电解液。其中，选用氟代碳酸乙烯酯(FEC)作为添加剂S2，添加剂S2占电解液总质量的百分比含量为10％。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
对比例1
对比例1提供了一种电解液和锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
1.电解液的制备
1.1将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)混合形成有机溶剂，其中，EC、PC、DEC、PP的质量百分数分别为20％、20％、30％、30％；
1.2向上述步骤1.1的有机溶剂中加入摩尔浓度为1.1mol/L的六氟磷酸锂(LiPF6)，经混合均匀后，制得电解液。
2锂离子电池的制备
2.1正极极片的制备
2.1.1将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、导电剂super P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比为96:2:2的比例加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分搅拌混合，制得正极浆料；
2.1.2将上述步骤2.1.1的正极浆料涂覆在正极集流体Al箔上，经过烘干、冷压，制得正极极片。
2.2负极极片的制备
2.2.1将负极活性物质石墨，导电剂乙炔黑，粘结剂丁苯橡胶(SBR)，增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比为95:2:2:1的比例加入到适量的去离子水溶剂中充分搅拌混合，制得负极浆料；
2.2.2将上述步骤2.2.1的负极浆料涂覆在负极集流体Cu箔上，经过烘干、冷压，制得负极极片。
2.3组装电池
2.3.1将采用上述步骤2.1制得的正极极片、采用上述步骤2.2制得的负极极片和商用PE隔离膜按照顺序依次堆叠好，然后卷绕制得裸电芯；其中，堆叠时需使隔离膜处于正负极中间，以令隔离膜起到相应的隔离作用；
2.3.2将上述步骤2.3.1的裸电芯放置于外包装袋中，将采用上述步骤制备的电解液注入干燥后的裸电芯中，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，制得锂离子电池。
采用以下方法测试电化学性能：
(1)在45±2度搁置2小时后按照标准充放电循环，循环倍率1C，充电电压3.0～4.45V，计算循环后电池的容量保持率；
计算公式如下：
第n次循环容量保持率(％)＝(第n次循环放电容量)/(首次循环放电容量)*100％
(2)在25±3度下按照标准充电，充电倍率为0.5C，充电电压3.0～4.45V，满充后将电池置于85±2度下存储，存储8h，每4h计算存储后电池的厚度膨胀率。
计算公式如下：
厚度膨胀率(％)＝(存储后热测电池厚度-初始厚度)/(初始厚度)*100％实施例1～5以及对比例1～3所制备的电池的电化学性能测试结果汇总如表1和表2所示
表1
Figure BDA0004049258530000261
Figure BDA0004049258530000271
表2
项目 4h后厚度膨胀率/％ 8h后厚度膨胀率/％
对比例1 20.3 36.1
实施例1 7.1 14.3
实施例2 18.2 33.5
实施例3 11.8 20.9
实施例4 12.2 21.7
实施例5 6.9 13.7
实施例6 18.6 34.5
实施例7 19.1 34.8
实施例8 17.2 31.6
实施例9 13.9 26.1
测试结果显示，与对比例1中的电池相比，实施例1～9中的电池，其容量保持率和厚度膨胀率有明显提升；实施例2、6、7、8中的电池，其容量保持率和厚度膨胀率提升幅度较小，实施例1、3、4、5、9中的电池，其容量保持率和厚度膨胀率提升幅度较大；其中，实施例1和实施例5中的电池，其容量保持率和厚度膨胀率明显更优。
综上所述，第一，与对比例1中的电池相比，实施例1～9中的电池，其电化学性能测试中的相关参数大多都有明显提高，说明其具有更优的电化学性能，进而说明电解液添加剂的加入对于电池的电化学性能有所改善；
第二，实施例1～9中的电池相互对比，与实施例2、6、7、8中的电池相比，实施例1、3、4、5、9中的电池，其电化学性能测试中的相关参数大多都有明显提高；其中，实施例1和实施例5中的电池，其电化学性能测试中的相关参数明显更优，说明其具有更优的电化学性能，进而说明电解液添加剂的含量与电池的电化学性能的改善程度有一定的正相关性。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制。在本发明的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种电解液，其特征在于，包括电解质盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括添加剂S1；
所述添加剂S1具有如式(1)所示的结构：
Figure FDA0004049258520000011
其中，所述R4与所述腈基相连，所述R1、R2、R3中至少一个为-O(Si-R11R12R13)；
所述R11、R12、R13分别选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基中的任意一种；
所述添加剂S1的质量为所述电解液总质量的0.1％-10％。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐为锂盐、钠盐、钾盐、镁盐、锌盐和铝盐中的至少一种；
或，所述电解质盐为MClO4、MBF4、MPF6、MAsF6、MPF2O2、MCF3SO3、MTDI、MB(C2O4)2、MBF2C2O4、M[(CF3SO2)2N]、M[(FSO2)2N]和M[(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)N]中的至少一种；
其中，M为Li、Na和K中的任意一个，m和n为自然数。
3.根据权利要求1或2任一项所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐的摩尔浓度为0.01-8.0mol/L。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂、羧酸酯类溶剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂还包括添加剂S2，所述添加剂S2为氟代碳酸乙烯酯、联苯、氟苯、碳酸亚乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1，3-丙磺酸内酯、1，4-丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、1，2-二(2-氰乙氧基)乙烷和1，3，6-己烷三腈中的至少一种；
所述添加剂S2的质量为所述电解液总质量的0.1％-10％。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂S1具有如式(2)～式(4)任一项所示的结构：
Figure FDA0004049258520000021
Figure FDA0004049258520000031
7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述R4选自烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基、-NR’中的任意一种；
所述R1、R2、R3包括第一取代基和至少一个第二取代基，所述第二取代基为-O(Si-R11R12R13)，所述第一取代基为氢、氟、氯、溴、烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基、取代磺酸基、取代磷酸酯基、取代酰亚胺基和取代磺酰亚胺基、氨基、-NH-R’中的任意一种；
所述R’为烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基中的任意一种；
所述卤素元素为氟、氯、溴、碘中的任意一种。
8.根据权利要求6或7任一项所述的电解液，其特征在于，所述烷基、所述卤代烷基、所述烷氧基和所述卤代烷氧基中的碳原子数为1-20；
所述烯基、所述卤代烯基、所述烯氧基和所述卤代烯氧基的碳原子数为2-20；
所述芳基、所述卤代芳基、所述芳氧基和所述卤代芳氧基的碳原子数为6-20。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜和如权利要求1-8任一项所述的电解液。
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