本發(fā)明屬于二次電池，涉及一種非水電解液和二次電池。

背景技術：

1、鈷酸鋰作為最早商業(yè)化的正極材料具有電壓平臺高、壓實密度大的優(yōu)點，但是常規(guī)的鈷酸鋰材料的容量僅為140mah/g，約為其理論容量的50％，制約了鋰離子電池能量密度的提升。提高電壓是提升鈷酸鋰材料容量的有效方法，但是由于co元素的費米能級與o有重疊，因此充電電壓升高時會導致o2-的氧化，導致晶格氧的穩(wěn)定性降低，引起電解液的氧化分解。同時，過渡金屬co的溶出也嚴重危害著電解液和電解液電極界面的穩(wěn)定性。特別是在高電壓和高溫環(huán)境中，這種有害的影響將會更加突出。

2、結(jié)構(gòu)摻雜和界面修飾是提高高壓lco正極穩(wěn)定性的最有效的策略。其中，通過電解液添加劑原位形成相對穩(wěn)定的cei膜是一種成本低廉、簡單高效的途徑。在不改變目前所使用的商用碳酸酯基電解液為前提的條件下，使用極少量電解液添加劑來實現(xiàn)鈷酸鋰鋰離子電池高電壓性能的突破的方法是非常簡單和實惠的。

3、目前使用較多的含腈類(-c≡n)電解液添加劑，其含有孤對電子，容易與co4+配位，形成r-c≡nδ--co(4+δ)鍵，能夠延緩過渡金屬離子的氧化和溶解，使得其具有良好的抗氧化性。而含氮基團也可作為路易斯堿吸附hf，同時可以參與形成更加致密、薄的cei膜，性能優(yōu)良的cei膜能更加有效地保護電極材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。添加劑的綜合使用能夠很好地提升鈷酸鋰離子電池的高電壓性能。

4、因此，在本領域，尋求適用鈷酸鋰體系的添加劑，期望開發(fā)一種能夠解決鋰離子電池中固體電解質(zhì)界面膜不穩(wěn)定、在長循環(huán)過程中容量保持率低等問題的電解液。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明旨在提供一種非水電解液及二次電池。

2、本發(fā)明的目的之一在于提供一種非水電解液，所述電解液包括電解質(zhì)鹽、有機溶劑、第一添加劑和第二添加劑。

3、所述第一添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯、碳酸亞乙烯酯和硫酸乙烯酯。

4、所述第二添加劑包括如式i所示的化合物a、如式ii所示的化合物b或如式iii所示的化合物c中的一種或幾種；

5、

6、其中，r1、r4、r7各自獨立地選自取代或未取代的c1～c6的烷基、取代或未取代的苯基、呋喃基、噻吩基、吡咯基、哌啶基、哌嗪基、萘基或萘烷基中的一種；

7、r2、r3各自獨立地選自h或取代或未取代的c1～c6的烷基中的一種；

8、r5、r6各自獨立地選自h、取代或未取代的c1～c6的烷基、取代或未取代的c2～c6的烯基、取代或未取代的c2～c6的炔基、取代或未取代的苯基；

9、r8為取代或未取代的c1～c6的烷基、c1～c6的含硫基團或c1～c6的含氮基團。

10、優(yōu)選地，c1～c6的烷基的取代基包括鹵素、呋喃基、噻吩基、吡咯基、哌啶基、哌嗪基和萘基。

11、優(yōu)選地，苯基的取代基包括鹵素、烷基或鹵素取代的烷基。

12、優(yōu)選地，r1為-c6h5、-ch3或-ch2c4h4o。

13、優(yōu)選地，r4為-c6h5、-c6h4ch3、-ch3或-c(ch3)3。

14、優(yōu)選地，r7為-ch3或-ch2ch3。

15、優(yōu)選地，r2、r3各自獨立地為h或-ch2ch3。

16、優(yōu)選地，r5、r6各自獨立地為-c6h5、-ch3、-c6h4cf3或-ch2c2h。

17、優(yōu)選地，r8為＝chch(ch2)2、＝chc5h11、＝ch2、＝chnc5h10、＝chch(sch3)2或含硫雜環(huán)。

18、優(yōu)選地，化合物a包括如下所述的化合物中的一種或幾種；

19、

20、優(yōu)選地，化合物b包括如下所述的化合物中的一種或幾種；

21、

22、

23、優(yōu)選地，化合物c包括如下所述的化合物中的一種或幾種；

24、

25、優(yōu)選地，所述電解液的總質(zhì)量為100％計，所述第二添加劑的質(zhì)量百分含量為0.5～4％。

26、優(yōu)選地，所述第一添加劑的質(zhì)量百分含量為8～15％。

27、優(yōu)選地，所述第一添加劑和第二添加劑的質(zhì)量比為2～30:1。

28、優(yōu)選地，所述第一添加劑中，氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯、碳酸亞乙烯酯和硫酸乙烯酯的質(zhì)量比為8:3:0.3:1。

29、優(yōu)選地，所述電解質(zhì)鹽包括xpf6、xclo4、xbf4、xasf6、xfsi、xtfsi、xbob、xodfb，xcf3so3、xpo2f2或xotfb中的一種或多種。

30、其中，x包括li、na或k中的任意一種，x優(yōu)選為li。

31、優(yōu)選地，以所述電解液的總質(zhì)量為100％計，所述電解質(zhì)鹽的質(zhì)量百分含量為10～30％。

32、優(yōu)選地，所述電解質(zhì)鹽包括lipf6。

33、優(yōu)選地，所述有機溶劑為碳酸酯、鹵代碳酸酯、羧酸酯、丙酸酯、氟醚、芳香烴或鹵代芳烴中的一種或多種。

34、優(yōu)選地，所述碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯中的一種或多種。

35、優(yōu)選地，所述羧酸酯包括丁酸丙酯、乙酸丙酯、乙酸異丙酯、丙酸丁酯、丙酸異丙酯、丁酸乙酯，丙酸甲酯、丙酸乙酯或丙酸丙酯中的一種或多種。

36、優(yōu)選地，以所述電解液的總質(zhì)量為100％計，所述有機溶劑的質(zhì)量百分含量為40％～85％。

37、本發(fā)明目的之二在于提供一種二次電池，所述二次電池包含以上所述的鋰離子非水電解液。

38、優(yōu)選地，所述電池包括鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池或超級電容器。

39、優(yōu)選地，所述鋰離子電池的負極材料為石墨、單晶硅與石墨的復合材料、氧化亞硅與石墨的復合材料、鈦酸鋰或nb2o5。

40、本發(fā)明的有益效果：

41、本發(fā)明提供了一種非水電解液，包括電解質(zhì)鹽、有機溶劑、第一添加劑和第二添加劑。所述第二添加劑包括化合物a、化合物b或化合物c中的一種或幾種，化合物a、化合物b和化合物c中帶有磺酰烯腈基官能團，其中磺酰基可以增大電壓窗口和界面穩(wěn)定性；而c≡n基可以很好起到能夠延緩過渡金屬離子的氧化和溶解的作用，同時，能夠水解清除電解液中微量的水分，防止pf5進一步的反應，有效抑制電解液的氧化分解，增強界面的穩(wěn)定性；而碳碳雙鍵的作用有助于正負極界面形成穩(wěn)定且致密的有機聚合物膜。本發(fā)明所使用的第二添加劑化合物a、化合物b和化合物c均屬于鏈狀磺酰烯腈類物質(zhì)，在這種線性結(jié)構(gòu)中，電子云密度不均勻分布，分子極性大，具有更高的反應活性，能夠更快地參與反應，與其他組分相互協(xié)同形成穩(wěn)定的聚合物膜。且相對于環(huán)狀磺酰烯腈類物質(zhì)，分子小，分子張力小，利于分散，絡合后化合物更加趨于穩(wěn)定。特別是對于負極材料為石墨材料、單晶硅與石墨的復合材料、或氧化亞硅與石墨的復合材料的鋰離子電池，使其具有優(yōu)良的性能。

技術特征：

1.一種非水電解液，其特征在于，所述電解液包括電解質(zhì)鹽、有機溶劑、第一添加劑和第二添加劑；

2.如權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，烷基的取代基包括鹵素、呋喃基、噻吩基、吡咯基、哌啶基、哌嗪基和萘基中的一種或幾種；

3.如權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，r1為-c6h5、-ch3或-ch2c4h4o；

4.如權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，化合物a包括如下所述的化合物中的一種或幾種；

5.如權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，以所述電解液的總質(zhì)量為100％計，所述第二添加劑的質(zhì)量百分含量為0.5～4％；

6.如權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述第一添加劑中，氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯、碳酸亞乙烯酯和硫酸乙烯酯的質(zhì)量比為8:3:0.3:1。

7.如權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述電解質(zhì)鹽包括xpf6、xclo4、xbf4、xasf6、xfsi、xtfsi、xbob、xodfb，xcf3so3、xpo2f2或xotfb中的一種或多種；

8.如權利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述有機溶劑為碳酸酯、鹵代碳酸酯、羧酸酯、氟醚、芳香烴或鹵代芳烴中的一種或多種；

9.一種二次電池，其特征在于，所述電池包含如權利要求1-8中任一項所述的電解液。

10.如權利要求9所述的二次電池，其特征在于，所述二次電池包括鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池或超級電容器；

技術總結(jié)
本發(fā)明提供一種非水電解液及二次電池，屬于二次電池技術領域。所述非水電解液包括電解質(zhì)鹽、有機溶劑、第一添加劑和第二添加劑，所述第二添加劑包括化合物A、化合物B或化合物C中的一種或幾種，所述第二添加劑為帶有磺酰烯腈基官能團的化合物，能夠增大電壓窗口和界面穩(wěn)定性，延緩過渡金屬離子的氧化和溶解的作用，有效抑制電解液的氧化分解，且具有更高的反應活性，能夠更快地參與反應，與其他組分相互協(xié)同形成穩(wěn)定的聚合物膜，且分子小，分子張力小，利于分散，絡合后化合物更加趨于穩(wěn)定。特別是對于負極材料為石墨材料、單晶硅與石墨的復合材料、或氧化亞硅與石墨的復合材料的鋰離子電池，使其具有優(yōu)良的性能。

技術研發(fā)人員：喬順攀,趙京偉,劉宏,朱少華,頓溫新,盧勝娟,汪宇凡,趙倩慧,耿佳琦,方德峰,楊歡,張和平,孫春勝
受保護的技術使用者：香河昆侖新能源材料股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26