[發明專利]鋰二次電池及其電解液

有效

• 申請號: 201510433628.5
• 申請日: 2015-07-22
• 公開（公告）號: CN106711504B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 劉成勇;洪響;吳冰斌;安黎;江德順;鐘開富
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才;王冬華

本發明公開了一種鋰二次電池及其電解液。所述電解液包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，鋰鹽溶解在有機溶劑中；所述添加劑包括具有式I所示化學結構式的磺酰亞胺類化合物，在式I中，X、Y分別獨立地選自氟、氯、氰基、碳原子數為1～10的烴基、碳原子數為1～10且含有選自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一種元素的烴基。鋰二次電池是采用以上電解液的電池。與現有技術相比，本發明通過在鋰二次電池的電解液中添加磺酰亞胺作為添加劑，明顯改善了鋰二次電池的室溫循環性能，減緩了鋰枝晶的生成，提高了電池的容量保持率。

技術領域

本發明屬于鋰二次電池領域，更具體地說，本發明涉及一種鋰二次電池及其電解液。

背景技術

隨著電子產品、動力、儲能市場需求的不斷擴大，人們對目前應用廣泛的鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。由于以石墨為負極的鋰離子電池中，石墨容量的發揮已經接近了理論值(376mAh/g)，進一步提高石墨負極鋰離子電池的容量很有難度，因此，發展以金屬鋰作為負極的鋰二次電池逐漸引起了科研工作者的關注。然而，限制鋰二次電池進一步發展的障礙主要有兩個方面：一是鋰二次電池在循環過程中容易產生鋰枝晶，導致電池出現短路而存在嚴重的安全隱患；二是電解液的限制，即在鋰二次電池充放電過程中，其電極與電解液反應劇烈，導致電池的循環效率低，循環壽命短。

另一方面，業界人士發現向電解液中加入有效的功能添加劑是降低電解液與電極材料間反應性、提高鋰二次電池循環性能的重要途徑。根據現有文獻報道，亞硫酸丙烯酯(簡寫為PS)、亞硫酸乙烯酯(簡寫為ES)、硫酸乙烯酯(簡寫為DTD)、甲烷二磺酸亞甲酯(MMDS)等諸多含S＝O基團的酯類添加劑，能夠在電池循環過程中，在鋰二次電池的正負極表面形成由短鏈有機磺酸鋰、無機亞硫酸鋰等物質組成的界面膜，界面膜具有良好的性能，有利于降低電解液溶劑與電極材料之間持續的劇烈反應，提高鋰沉積與溶出的可逆度，提高電池的充放電庫侖效率，改善電池的循環性能。

可見，進一步發展和尋找含S＝O基團的化合物作為電解液添加劑，是提高以金屬鋰為電極的鋰二次電池的循環、安全等性能的重要途徑之一，也是鋰二次電池用電解液的技術發展方向之一。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種采用新型添加劑的鋰二次電池電解液，并提供使用該電解液制造出的鋰二次電池，通過添加劑的使用在鋰二次電池的金屬鋰負極表面形成優良界面膜，抑制電極活性物質與電解液的持續劇烈副反應，減緩鋰枝晶生成，提高鋰二次電池的首周庫侖效率、循環穩定性能和安全性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種鋰二次電池電解液，其包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，鋰鹽溶解在有機溶劑中；所述添加劑包括具有式I所示化學結構式的磺酰亞胺類化合物，

在式I中，X、Y分別獨立地選自氟、氯、氰基、碳原子數為1～10的烴基、碳原子數為1～10且含有選自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一種元素的烴基。

所述碳原子數為1～10的烴基，是由碳原子數為1～10的烴類化合物分子上失去任一氫原子形成的，所述烴類化合物為飽和烴或不飽和烴，包含但不限于烷烴、環烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴。

所述碳原子數為1～10且含有選自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一種元素的烴基，是由碳原子數為1～10且含有選自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一種元素的化合物分子上失去任一氫原子形成的：如碳原子數為1含有氮元素的氫氰酸，失去一個氫原子形成的腈基；又如碳原子為2含有氮元素和氧元素的硝基乙烷，失去一個氫原子形成的硝基乙基等。

優選地，所述X、Y分別獨立地選自F原子、碳原子數為1～8的含氟烷基鏈、碳原子數為1～8的含氟烷氧基鏈中的一種或幾種。

優選地，所述磺酰亞胺類化合物在電解液中的質量百分含量為0.1％～8％。

進一步優選地，所述磺酰亞胺類化合物在電解液中的質量百分含量為0.3％～1％。