锂离子电池电解液及锂离子电池的制作方法

本发明属于二次电池，尤其涉及一种锂离子电池电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、随着全球能源结构转型和环保意识的增强，电动汽车作为绿色交通工具的代表，其市场需求持续高涨。在这场汽车工业的革命中，锂离子电池作为电动汽车的核心部件，其性能的优劣直接决定了电动汽车的续航能力、安全性以及整体成本。因此，提升锂离子电池的能量密度和循环稳定性，成为推动电动汽车普及和实现低碳经济的关键。

2、在众多锂离子电池正极材料中，三元材料(如nmc，即镍钴锰酸锂)因具有较高的能量密度和比容量，而被广泛应用于电动汽车的动力电池中。为了满足消费者对消费类电动汽车的需求和开发绿碳经济，发展高比容量的锂离子电池已经迫在眉睫。增加三元正极材料的电压是一种比较可行的技术路线，当前动力类电池的工作电压已经发展到了4.45v，但是高电压正极材料都面临一个共性的问题：传统电解液中的溶剂在高电压环境下容易发生氧化分解，特别是在4.45v及以上电压下，这种现象尤为严重。电解液的分解不仅会导致电池容量快速衰减，还会产生有害气体，影响电池的安全性，并可能促进正极材料结构的破坏，进一步加速电池性能的退化；尤其在高温条件下，电解液的不稳定性加剧，氧化分解速率加快，因此电解液在高电压环境下的分解问题，显著影响了锂离子电池的高温存储、循环性能以及低温性能。

3、因此，亟需一种锂离子电池电解液及锂离子电池，以解决现有技术问题的不足。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池电解液及锂离子电池，该锂离子电池电解液能够提高锂离子电池于高电压体系下的高温存储性能和高温循环性能，同时还可改善锂离子电池的低温放电性能。

2、为实现以上目的，本发明第一方面提供了一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，添加剂包括结构式1所示的化合物：

3、

4、其中r1～r3各自独立地选自氢、烷基、苯基、取代烷基、取代苯基。

5、与现有技术相比，本发明的添加剂包括环状氨基磺酸酯结构且氮原子上连接有酯基，相较于传统线性结构的氨基磺酸酯，环状结构降低了整个分子的电子云密度从而增强分子稳定性，使电解液更适合高电压的三元正极材料；同时氮原子上连接的酯基可增强添加剂在酯类有机溶剂中的溶解度和兼容性，意味着添加剂能更有效地迁移到电极/电解液界面，形成更稳定更均匀的sei膜，能有效抑制三元正极材料在高电压环境下与电解液发生的不良副反应，从而增强锂离子电池的循环性能和高温存储性能；此外，更好的溶解度和兼容性还意味着添加剂能在电解液中更加均匀地分布，减少电解液中不溶性颗粒的形成以降低电池内阻，从而提升锂离子电池的低温放电性能；尤为重要的是，添加剂中还含有硫(s)元素，使得在负极侧形成的固体电解质界面(sei)具备较低的离子传输阻力，有助于加快锂离子在电极之间的迁移速度，进而进一步提升锂离子电池的低温放电性能。故本发明的锂离子电池电解液能够提高锂离子电池于高电压(尤其是4.45v时)体系下的高温存储性能和高温循环性能，同时还可改善锂离子电池的低温放电性能。

6、具体地，取代烷基是指烷基基团上至少有一个氢被其他原子或基团(如卤素、氧、氮、硫的衍生物等)所取代。取代苯基是指苯环上的一个或多个氢原子被其他原子或基团(如卤素、硝基、甲基、乙基等)取代，例如甲基苯基、硝基苯基等。

7、进一步地，本发明的r1～r3各自独立地选自氢、c1～c5烷基、苯基、卤代c1～c5烷基、卤代苯基、c1～c5烷基取代苯基、c1～c5烷基卤代苯基。c1～c5烷基指的是碳链长度从1到5的链状饱和烃基团，如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基等；卤代c1～c5烷基是指在c1～c5的直链或支链烷基上，至少有一个氢原子被卤素(氟、氯、溴或碘)取代所形成的化合物，如氯甲基(-ch2cl)、溴乙基(-ch2ch2br)、氯异丁基(-ch(ch3)ch2cl)等；c1～c5烷基取代苯基是指苯环上的一个或多个氢原子被c1～c5的直链或支链烷基所取代形成的化合物；c1～c5烷基卤代苯基是指苯环上的氢原子被卤素(如氯、溴、氟、碘)和c1～c5范围内的烷基同时取代的化合物，如氯甲基苯基。

8、进一步地，本发明的r1～r3各自独立地选自氢(h)、甲基(-ch3)、乙基(-ch2ch3)、异丙基(-ch(ch3)2)、正丙基(-ch2ch2ch3)、正丁基(-ch2ch2ch2ch3)、叔丁基(-c(ch3)3)、氟苯、二氟苯、三氟甲基苯(-cf3c6h4)、甲基取代苯基。氟苯是指苯环上一个氢被氟取代的芳香族基团；二氟苯是苯环上有两个氢被氟取代的基团，存在三种异构体(邻、间、对)；三氟甲基苯是指苯环上一个氢被三氟甲基取代；甲基取代苯基是指苯环上至少有一个氢被甲基取代的基团，可以是单甲基苯基(如甲苯)或多甲基苯基(如二甲苯、三甲苯)。

9、进一步地，本发明的添加剂选自化合物1～化合物8中的至少一种：

10、

11、

12、进一步地，本发明的添加剂于锂离子电池电解液中的质量百分比为0.1～5％。优先地，本发明的添加剂于锂离子电池电解液中的质量百分比为0.1～3％。具体地，本发明的添加剂于锂离子电池电解液中的质量百分比具体可为但不限于0.1％、0.5％、0.8％、1.1％、1.3％、1.5％、1.8％、2.1％、2.4％、3％、3.5％、4％、4.5％、4.8％、5％。

13、进一步地，本发明的锂盐选自六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂(libob)、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂(lifsi)中的至少一种。

14、进一步地，本发明的锂盐于锂离子电池电解液中的质量百分比为6.5～15.5％。优选地，本发明的锂盐于锂离子电池电解液中的质量百分比为9～13％。具体地，本发明的锂盐于锂离子电池电解液中的质量百分比具体可为但不限于6.5％、7％、7.3％、7.8％、8.2％、8.8％、9.3％、9.8％、10.2％、10.8％、11.2％、11.8％、12.2％、12.6％、13％、13.5％、13.9％、14.2％、14.8％、15.2％、15.5％。

15、进一步地，本发明的有机溶剂为链状碳酸酯、环状碳酸酯和羧酸酯中的至少一种。有机溶剂更优选地选自碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸丙烯酯(pc)、乙酸丁酯(n-ba)、γ-丁内酯(γ-bt)、丙酸丙酯(n-pp)、丙酸乙酯(ep)和丁酸乙酯(eb)中的至少一种。

16、进一步地，本发明的有机溶剂于锂离子电池电解液中的质量百分比为60～80％。具体地，本发明的有机溶剂于锂离子电池电解液中的质量百分比具体可为但不限于60％、63％、66％、69％、71％、72％、74％、77％、79％、80％。

17、相应地，本发明第二方面提供了一种锂离子电池，包括正负、负极，还包括上述提及的锂离子电池电解液，最高充电电压为4.45v。

18、进一步地，本发明的正极的活性材料为镍钴锰氧化物或镍钴铝氧化物，所述镍钴锰氧化物的化学式为linixcoymnzm1-x-y-zo2，所述镍钴铝氧化物的化学式为linixcoyalzn1-x-y-zo2，其中m、n各自独立地选自mg、cu、zn、al、sn、b、ga、cr、sr、v和ti中的至少一种，0<x<1，0<y<1，0<z<1，x+y+z≤1。

19、进一步地，本发明的负极的活性材料为人造石墨、天然石墨、钛酸锂、硅碳复合材料和氧化亚硅中的至少一种。