非水电解液及包含该非水电解液的锂离子电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种非水电解液及包含该非水电解液的锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池具有宽的工作温度范围，电压高，无记忆效应和循环寿命长的特点，在日常电子设备中被广泛使用。近年来，随着锂离子电池应用场景的不断扩大，极端条件例如高温循环和高倍率放电场景下锂离子电池性能需要不断提升以满足这些场景的使用。

2、众所周知，锂离子电池电解液是锂离子能在正负极之间运动脱嵌的关键媒介物质，其中添加剂的种类和含量对于sei和cei膜的形成和质量具有重要意义。对此，科研工作人员也提出了许多实用有效的成膜添加剂，但是仍存在sei和cei膜表面厚度不均一，高温循环性能和sei对锂离子的电导率低等问题。

3、因此，亟须一种非水电解液及包含该非水电解液的锂离子电池来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非水电解液及包含该非水电解液的锂离子电池，该非水电解液中包含具有羧酸酯基和氰基结构的添加剂化合物，将包含该添加剂化合物的非水电解液应用于锂离子电池中，通过负极电聚合生成的羧酸酯锂盐和氰基协同发挥作用，降低sei阻抗，改善锂离子电池的高温循环性能和倍率性能。

2、为实现上述目的，本发明一方面提供了一种非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括式一和式二中的至少一种：

3、

4、其中，r1、r2、r3各自独立地选自氢、羟基、醚基、三烷基硅氧基，酯基，酰胺基、氟代烷氧基、取代或未取代的c1～c12烷基，n为0～5的自然数。具体地，本发明的c1～c12烷基指的是含有1到12个碳原子的直链或支链的饱和烃基，这些基团可以是甲基(ch3-)、乙基(ch3ch2-)、丙基(ch3ch2ch2-)、丁基(可以是ch3ch2ch2ch2-或ch3ch(ch3)ch2-等)。取代的c1～c12烷基指的是这些烷基基团中的一个或多个氢原子被其他原子或基团(称为取代基)所取代，取代基可为卤素(如氟、氯、溴、碘)、羟基、氨基、硝基、烷氧基或芳基；例如，甲基可以被氯原子取代形成氯甲基(-ch2cl)或者被一个羟基取代形成羟甲基(-ch2oh)。未取代的c1～c12烷基则是指没有任何氢原子被其他原子或基团取代的烷基。

5、与现有技术相比，本发明的非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂中包括如式一或式二中所示的含羧酸酯基和氰基结构的化合物，将极性基团氰基和羧酸酯官能团结合，羧酸酯形成的sei富含羧酸酯锂等无机组分，可以改善sei有机组分，使sei更稳定致密，阻止电解液与负极副反应，同时由于氰基极性官能团的存在可提高锂盐的溶解度，进一步地，基于氰基的强络合能力，可捕获电解液在高温循环中产生的金属(如镍、钴、锰等)离子，减少电解液与正极的接触位点，从而抑制电解液分解，进而提升电池的高温循环性能。故将该添加剂用于锂离子电池的非水电解液中，能改善锂离子电池的高温循环性能和倍率放电性能。

6、作为一较佳的技术方案，r1选自氢、取代或未取代的c1～c6的烷基，r2、r3各自独立地选自三甲基硅氧基、取代或未取代的c1～c6的烷基，n为0～3的自然数。

7、作为一较佳的技术方案，r1选自氢或未取代的c1～c6的烷基，r2、r3中至少有一个为卤素取代的c1～c3的烷基、未取代的c1～c3的烷基或三甲基硅氧基。

8、作为一较佳的技术方案，所述式一所示结构的化合物选自化合物1至化合物5中的至少一种：

9、

10、其中，化合物4的制备可包括：将原料三氟乙酰乙酯(cas:372-31-6)和原料三甲基氰硅烷(cas:7677-24-9)在110℃加热条件下反应生成粗产物化合物4，后经过减压蒸馏得到纯度为99.9％的化合物4，棕红色液体，nmr 1h(400mhz,cdcl3):4.12(q,2h)；2.73(s,2h)；1.30(t,3h)；0.08(s,12h)，制备路线可如下所示：

11、

12、作为一较佳的技术方案，所述添加剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.05％～5％。优选地，所述添加剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.05％～4％，更为优选地，所述添加剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.1～2％。作为示例地，所述添加剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

13、作为一较佳的技术方案，所述锂盐选自六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂(liclo4)、四氟硼酸锂(libf4)、三氟甲基磺酸锂(licf3so3)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)、双草酸硼酸锂(libob)、二氟磷酸锂(lipo2f2)、三氟甲磺酸锂(liso3cf3)、二草酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、低级脂肪族羧酸锂、二氟二草酸磷酸锂(lidfbp)和双氟磺酰亚胺锂(lifsi)中的至少一种。进一步地，低级脂肪族羧酸锂包括但不限于氯硼烷锂、四苯基硼酸锂、锂酰亚胺盐等。作为示例地，锂盐为六氟磷酸锂(lipf6)，但不以此为限。更进一步地，锂盐为六氟磷酸锂(lipf6)和二草酸硼酸锂(libob)的混合物，但不以此为限。

14、作为一较佳的技术方案，所述锂盐于所述非水电解液中的质量百分比为5～25％，进一步地，锂盐于非水电解液中的质量百分比为8～20％，更为优选地，锂盐于非水电解液中的质量百分比为10～15％，作为示例地，锂盐于非水电解液中的质量百分比可为但不限于为5％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、20％、25％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

15、作为一较佳的技术方案，所述非水有机溶剂选自γ-丁内酯(gbl)、γ-戊内酯(gvl)、δ-戊内酯(dvl)、乙酸甲酯(ma)、乙酸乙酯(ea)、丙酸乙酯(ep)、乙酸丁酯(bac)、丙酸丙酯(pp)、丙酸丁酯(prb)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸亚丙酯(pca)、碳酸亚丁酯(bc)、碳酸亚乙烯基酯(vec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸丙烯酯(pc)、1,3-二氧戊烷(dol)、1,4-二氧惡烷(dx)、冠醚、四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2-ch3-thf)、2-三氟甲基四氢呋喃(2-cf3-thf)、二甲氧基甲烷(dmm)、二乙氧基甲烷(dem)、乙氧基甲氧基甲烷(dce)、乙二醇二正丁基醚(edb)和二乙二醇二甲基醚(degme)中的至少一种。

16、作为一较佳的技术方案，所述非水有机溶剂于所述非水电解液中的质量百分比为65～90％，优选地，非水有机溶剂于非水电解液中的质量百分比为75～89％，更为优选地，非水有机溶剂于非水电解液中的质量百分比为78～88％。作为示例地，非水有机溶剂于非水电解液中的质量百分比可为但不限于为65％、70％、80％、85％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、90％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

17、作为一较佳的技术方案，本发明的非水电解液中还包括助剂，所述助剂选自氟代碳酸乙烯酯(fec)、亚硫酸乙烯酯(es)、1,3-丙磺酸内酯(ps)、1,3-丙烯磺酸内酯(pst)、1,4-丁磺酸内酯(1,4-bs)、硫酸乙烯酯(dtd)和丁二酸酐(sa)中的至少一种。

18、作为一较佳的技术方案，所述助剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.05～5％。作为示例地，助剂于非水电解液中的质量百分比可为但不限于为0.05％、0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.5％、2.0％、3.0％、4.0％、4.5％、5.0％。

19、本发明另一方面提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极材料、负极材料和上述的非水电解液。

20、作为一较佳地技术方案，所述正极材料选自镍钴锰氧化物、钴酸锂和镍钴铝氧化物中的至少一种。具体地，所述正极材料可为镍钴锰氧化物，其化学式可为lini8co1mn1 o2、lini5co2mn3 o2、lini1/3co1/3mn1/3o2或linixcoymnzm(1xyz)o2；还比如，所述正极材料可为镍钴铝氧化物，其化学式可为linixcoyalzn(1xyz)o2，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；又如，所述正极材料为钴酸锂，其化学式为licoo2。

21、作为一较佳的技术方案，所述负极材料选自人造石墨、天然石墨、钛酸锂、硅碳复合材料和氧化亚硅中的至少一种。作为示例地，负极材料为人造石墨，但不限于此。