[發明專利]含有低阻抗磺酸內酯的電解液及其制備方法和動力電池

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• 申請號: 201810305270.1
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108682888A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 林建;田秀麗;黃繼宏
• 申請（專利權）人: 湖南航盛新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 伍傳松

本發明公開了一種含有低阻抗磺酸內酯的電解液，包括非水性有機溶劑、鋰鹽、添加劑和式(i)所示的強拉電子基團取代的磺酸內酯：其中，R1?R6獨立為?NO₂、?CN、H、鹵素、?CH＝CH₂、C₁?C₄的烷基、?COR、?COOR、?SO₂OR或C₁?C₆的鹵代烷基，且至少一個為?NO₂、?CN或C₁?C₆的多鹵代烷基；R選自C₁?C₄的烷基；m為1?6。強吸電子基團取代的磺酸內酯利于在負極表面形成低阻抗界面膜，增大鋰離子遷移率，提高電池的充放電效率、循環性能和高低溫性能，滿足高電壓和高鎳鋰離子動力電池的使用需求。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種含有低阻抗磺酸內酯的電解液及其制備方法以及使用該電解液的動力電池。

背景技術

受環境污染和能源緊缺的影響，新能源汽車逐步受到各國的追捧。作為新能源汽車的重要組成部分，電池性能在很大程度上決定了車輛的綜合表現。常規的鋰離子電池大多應用于消費電子領域，適用溫度范圍窄、放電倍率低、高溫存儲性能不佳，難以滿足動力電池的應用需求。例如，車用動力電池對輸出功率和高低溫循環性能要求較高，以適應不同的使用環境。

早期的動力電池以磷酸亞鐵鋰電池為主，由于克容量和電壓平臺低，目前已被三元鋰電池替代。三元鋰電池的正極材料包括鎳鈷錳(NCM)和鎳鈷鋁(NCA)三元材料兩種，為達到更高的能量密度，高鎳正極材料和高電壓成為主要的發展方向。隨著鎳含量和電壓的提高，電解液的氧化產氣逐漸增多，電池循環性能下降，如高鎳三元圓柱電池只能做到1000次循環，且高溫存儲和低溫放電性能均不理想。

由于電解液的本身特性及其與正負極形成的界面在很大程度上影響著電池的高低溫性能，因此，有必要對電解液進行改性。日本科學家川島敦道發現，在非水電解液中添加不飽和磺酸內酯，能夠抑制電池容量降低和產氣，改善高溫貯存性。日本宇部公司將1,3-丙烷磺酸內酯(1,3-PS)添加到數碼電解液中，發現電池的高溫存儲性能顯著提高。盡管不飽和磺酸內酯和1,3-PS可以改善高溫性能，但是極大程度地降低了電池的低溫放電性能，而且負極成膜阻抗較大，在動力電池長循環中后期衰減較快。為改善這一問題，中國專利申請CN201510534161.3公開了3-氟-1,3-丙烷磺酸內酯在電解液中的應用，測試結果表明，氟取代的1,3-PS可以顯著改善高溫循環性能。盡管如此，其成膜阻抗依然較大，電池的循環壽命和低溫性能改善幅度有限，尤其對高鎳正極材料和高電壓鋰離子電池改善幅度有限。

發明內容

針對現有技術的上述不足，本發明提供一種含有低阻抗磺酸內酯的電解液及其制備方法，使用該電解液的動力電池高溫儲存性和循環性好、低溫放電平臺高、使用過程內阻變化小，能滿足高鎳正極材料和高電壓動力電池寬溫度區間的使用要求。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種含有低阻抗磺酸內酯的電解液，包括非水性有機溶劑、鋰鹽、添加劑和強拉電子基團取代的磺酸內酯，所述磺酸內酯的結構如式(i)所示：

其中，R1-R6獨立為-NO₂、-CN、H、鹵素、-CH＝CH₂、C₁-C₄的烷基、-COR、-COOR、-SO₂OR或C₁-C₆的鹵代烷基，且至少一個為-NO₂、-CN或C₁-C₆的多鹵代烷基；R選自C₁-C₄的烷基；m為1-6。

以1-腈基-1,3-丙烷磺酸內酯為例，其與鋰離子的絡合機理如式(ii)所示：