非水电解液及锂离子电池、电池模块、电池包、用电装置的制作方法

本发明涉及电池，特别是涉及一种非水电解液及锂离子电池、电池模块、电池包、用电装置。

背景技术：

1、为应对环境污染日益严峻以及能源危机的问题，人们对绿色能源的需求不断高涨。随着近年来清洁能源的大力发展，如电动汽车、移动电子设备、家庭式智能及储能系统的大面积推广应用，市场要求其在制作成本、循环寿命、安全性能和能量密度等方面对现有电池技术继续进行改进。目前，具有高能量密度、长寿命和高安全性能的锂离子电池能够从改进电极材料和功能电解质体系(盐、溶剂和添加剂)等方面进行提升。其中，电解液的改进能够提高离子电导率和控制固体电解质界面的形成，并且电解液添加剂具有用量小和见效快等诸多优点。但是目前功能单一的添加剂或配方组合复杂的电解液均会造成电池性能不足(例如高温环境下具备一定的局限性)而不能达到使用目的。

2、因此，亟需开发一种非水电解液，通过特定的添加剂或添加剂组合，与其它添加剂协同作用用来改善锂离子电池的高温循环性能、高温存储性能和倍率性能。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种非水电解液及使用该非水电解液的锂离子电池，非水电解液包括式ⅰ所述结构的化合物，具有式ⅰ所示结构的五元杂环磺酰胺类化合物，其可在电极表面分解形成一层致密的保护膜，优化了正负极表面，与其它添加剂协同作用可改善锂离子电池的高温循环性能、高温存储性能和倍率性能。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及功能性添加剂，所述功能性添加剂包括式ⅰ所示结构的化合物或其盐、多晶型物或溶剂合物；

3、

4、其中：

5、r1、r2、r3、r4各自独立地选自-h、卤素、取代或未取代的c1～c10直链或支链烷基、取代或未取代的c2～c10烯基、取代或未取代的c2～c10炔基、取代或未取代的c3～c10环烷基、取代或未取代的c1～c10烷氧基、取代或未取代的c2～c10炔氧基、取代或未取代的c2～c10烯氧基、取代或未取代的c1～c10硅烷基、取代或未取代的c1～c10硅氧烷基、取代或未取代的c6～c15芳基中的任意一种；或者r2、r3、r4中相邻的基团键合成环；x选自o、s、或nr5，其中，r5选自-h、取代或未取代的c1～c10烷基。

6、本发明的第二方面提供一种锂离子电池，包括正极、负极、间隔设置于正极和负极之间的隔离膜、以及本发明第一方面的非水电解液。

7、本发明的第三方面提供一种电池模块，包括本发明第二方面所述的锂离子电池。

8、本发明的第四方面提供一种电池包，包括本发明第三方面所述的电池模块。

9、本发明的第五方面提供一种用电装置，包括本发明第二方面所述的锂离子电池，所述锂离子电池用作所述用电装置的电源。

10、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

11、(1)本发明采用具有式ⅰ所示结构五元杂环磺酰胺类的化合物作为电解液添加剂，其中磺酰胺基团具有良好的成膜性，能在正负极表面形成稳定的钝化膜，且磺酰胺基团会给钝化膜引入s、n元素，提高离子电导率，降低界面阻抗，有效提高锂离子电池的循环性能；五元杂环如噻吩基团，能优先在正极表面聚合形成稳定的电解质界面(cei膜)，其中硫原子具有强吸电子作用，可显著降低正极界面阻抗，有利于锂离子的迁移，形成的cei膜能有效抑制电解液与正极的副反应，抑制过渡金属离子溶出，提高正极界面稳定性；

12、(2)电解液中添加的fec、vc、dtd可在负极表面形成均匀致密的电解质界面(sei膜)，防止电解液与电极接触，保证循环性能；dtd可对sei膜组分进行修饰，提高s、o原子相对含量，降低电池界面阻抗，vc还具有良好的热稳定性与有效抑制循环产气的作用；添加的tmsb和liotf都可以有效的降低阻抗，但tmsb降低阻抗的同时会破坏sei膜，可以和fec、vc、dtd形成互补作用；

13、(3)电解液中添加的五元杂环磺酰胺类化合物可以提高fec、vc、dtd的还原电位，优先于溶剂还原，促使成膜反应更加剧烈，这几种添加剂协同作用可以提高电解液的循环性能、高温存储性能和倍率性能。

14、本发明的电池模块、电池包和用电装置包括所述的锂离子电池，因而至少具有与所述锂离子电池相同的优势。

技术特征：

1.一种非水电解液，其特征在于，包括锂盐、非水有机溶剂以及功能性添加剂，所述功能性添加剂包括式ⅰ所示结构的化合物或其盐、多晶型物或溶剂合物；

2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述功能性添加剂包括式ⅱ～式ⅳ所示的化合物；

3.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，r1、r2、r3、r4各自独立地选自-h、卤素、取代或未取代的c1～c6直链或支链烷基、取代或未取代的c2～c5烯基、取代或未取代的c2～c5炔基、取代或未取代的c3～c6环烷基、取代或未取代的c1～c6烷氧基、取代或未取代的c2～c6炔氧基、取代或未取代的c2～c6烯氧基、取代或未取代的c1～c6硅烷基、取代或未取代的c1～c6硅氧烷基、取代或未取代的c6～c10芳基中的任意一种；或者r2、r3、r4中相邻的基团键合成苯环；

4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述r1、r2、r3、r4各自独立的选自-h、氟、氯、溴、甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基、

5.根据权利要求1～4任一项所述的非水电解液，其特征在于，所述式ⅰ所示结构的化合物选自如下结构：

6.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述式ⅰ所示结构的化合物在所述非水电解液中的质量占比为0.5％～3％；

7.根据权利要求6所述的非水电解液，其特征在于，所述其他添加剂选自硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯和三(三甲基硅烷)硼酸酯中的一种或多种的组合；

8.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述式ⅰⅰ所示结构的化合物在所述非水电解液中的质量占比为0.5％～3％；

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极、间隔设置于正极和负极之间的隔离膜、以及非水电解液，其特征在于，所述非水电解液为权利要求1～8任一项所述的非水电解液。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料选自硅碳、天然石墨、人造石墨、钛酸锂、无定型碳和锂金属中的一种或多种的组合；

11.一种电池模块，其特征在于，包括根据权利要求9或10所述的锂离子电池。

12.一种电池包，其特征在于，包括根据权利要求11所述的电池模块。

13.一种用电装置，其特征在于，包括根据权利要求9或10所述的锂离子电池，所述锂离子电池用作所述装置的电源；优选地，所述用电装置包括移动设备、电动车辆、电气列车、卫星、船舶及储能系统。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种非水电解液及锂离子电池、电池模块、电池包、用电装置。非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及功能性添加剂，所述功能性添加剂包括式Ⅰ所示结构的化合物或其盐、多晶型物或溶剂合物；本发明的添加剂可在正负极表面形成稳定钝化膜，抑制电解液氧化分解，提高界面稳定性，降低界面阻抗，改善锂离子电池的高温循环性能、高温存储性能和倍率性能。

技术研发人员：陶君然,张辉,张阳,陈英韬
受保护的技术使用者：上海如鲲新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13