电解液及锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，尤其涉及一种电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池凭借其卓越特性，如低自放电率、长循环寿命、高工作电压及污染小，在日常生活中的应用日益广泛，涵盖了手机、笔记本乃至新能源汽车产业，展现出巨大的应用潜力。与此同时，用户也对锂离子电池提出了高能量密度，快速充电等要求。而在锂离子电池体系中，不断提高电池工作电压，工作温度，均会导致不同程度的电解液分解，从而加速电池性能的劣化和失效。

2、电解液在首次充放电的过程中，电解液会部分分解，从而在电极材料表面形成一层钝化膜，称为固体电解质界面膜(sei)，因此sei膜的化学组成及结构对于提升电池工作电压，工作温度，循环寿命起到了关键性的作用。目前常通过添加少量添加剂优化sei膜的成分是改善电池性能最经济便捷的方法。2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂(litdi)具有热稳定性好，能改善电池寿命和快速充电等特点，受到研究者的广泛关注，但litdi在常规非水有机溶剂中的解离程度较低，意味着在电解液中自由移动的锂离子数量少，这不仅会降低锂离子的传导率，还不利于形成稳定、致密的sei膜，而不稳定的sei膜会增加电极与电解液之间的界面阻抗，导致循环稳定性下降且不利于提升低温放电性能。

3、因此，如何提供一种综合性能良好的电解液及锂离子电池，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种电解液及锂离子电池，该电解液能够全面提升锂离子电池的循环性能和低温放电性能。

2、为实现以上目的，本发明第一方面提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐包括2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂，添加剂包括式1所示的化合物a：

3、

4、其中r1～r2各自独立地选自烷基、烯基、炔基或酰基。

5、与现有技术相比，本发明的电解液包括2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂(litdi)，litdi不容易水解，在高电压高温下，能够产生大量lif，改善电极电解液的稳定性，但lif在碳酸酯(如碳酸乙烯酯等)中的溶解度较高，意味着形成的lif容易重新溶解回到电解液中，而不是完全保留在电极表面形成一个连续、致密的sei层，这会导致sei层不够稳定；同时litdi在常规碳酸酯中解离程度较低，这也对电解液的电导率产生了较为显著的负面影响。基于此，本发明还引入了式1所示的化合物a作为添加剂，式1包括链醚和环醚两种结构，这使得式1具有相对较高的稳定性，在高温高压下能保持sei层的稳定性；同时式1还能协同litdi形成含氟、氮、氧的无机和含氧的有机双界面，该界面不易溶解在碳酸酯中，从而进一步提高sei层的稳定性；此外，化合物a中的环醚结构赋予了化合物a具有低粘度和低熔点特性，意味着litdi在电解液中的解离过程将得到极大促进，从而提升电解液的电导率。综上，本发明的电解液通过结合litdi与式1所示的化合物a，能在高电压高温下改善电极稳定性，促进形成稳定的sei层，同时显著提升电解液电导率，从而全面提升锂离子电池的循环性能和低温放电性能。

6、进一步地，本发明的r1-r2各自独立地选自c1～c6烷基、c2～c6烯基、c2～c6炔基或c1～c6酰基。如c1～c6烷基可为但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、戊基和环己基中的至少一种；c2～c6烯基可为但不限于乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基和己烯基中的至少一种，优选地，c2～c6烯基可为乙烯基或烯丙基；c2～c6炔基可为但不限于乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基和己炔基中的至少一种；c1～c6酰基可为c1～c6烷酰基，如c1～c6酰基可为但不限于甲酰基、乙酰基、丙酰基、丁酰基等。

7、进一步地，本发明的r1的基团与r2的基团相同。

8、进一步地，本发明的化合物a选自化合物1～化合物6中的至少一种：

9、

10、进一步地，本发明的添加剂的质量占电解液总质量的0.1～5.0％。具体地，添加剂的质量占电解液总质量可为但不限于0.1％、0.5％、0.8％、1.0％、1.3％、1.8％、2.2％、2.6％、2.9％、3.2％、3.5％、3.8％、4.1％、4.5％、5.0％。

11、进一步地，本发明的锂盐还包括六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂(liclo4)、四氟硼酸锂(libf4)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)、甲基磺酸锂(lich3so3)、三氟甲基磺酸锂(licf3so3)、氟磺酸锂(liso2f)、二草酸硼酸锂(libc4o8)、二氟草酸硼酸锂(libf2c2o4)、二氟磷酸锂(lipo2f2)、二氟双草酸磷酸锂(lidfbp)、二磷酸锂(lipo2f2)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)和低级脂肪族羧酸锂中的至少一种。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。

12、进一步地，本发明的锂盐的质量占电解液总质量的5～25％。进一步地，锂盐的质量占电解液总质量的6～20％，优选地，锂盐的质量占电解液总质量的8～18％。作为示例地，锂盐的质量占电解液总质量的8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％，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、进一步地，本发明的有机溶剂包括碳酸酯、羧酸酯和醚类化合物中的至少一种。具体地，碳酸酯包括但不限于碳酸乙烯酯(ec)、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯(bc)、碳酸亚戊酯、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸丙烯酯(pc)；羧酸酯包括但不限于γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、乙酸甲酯(ma)、乙酸乙酯(ea)、乙酸丙酯(ep)、乙酸丁酯、丙酸丙酯(pp)、丙酸丁酯；醚类化合物包括但不限于1,3-二氧戊烷(dol)、1,4-二氧恶烷(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、二乙氧基甲烷、乙氧基甲氧基甲烷、乙二醇二正丙基醚、乙二醇二正丁基醚、二乙二醇二甲基醚。

14、进一步地，本发明的电解液还包括助剂，助剂选自碳酸亚乙烯酯(vc)、亚乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯(fec)、亚硫酸乙烯酯、1,3丙磺酸内酯(ps)、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、丁二酸酐、马来酸酐、2-甲基马来酸酐、甲基碳酸-2-丙炔基酯、四乙烯硅烷、三烯丙基异氰脲酸酯、六亚甲基二异腈酸酯、邻菲罗啉、对苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、n-苯基双(三氟甲烷磺酰)亚胺、双硫酸乙烯酯、甲磺酸苯酯、双硫酸乙烯酯、双螺硫酸丙烯酯、对苯二酚二氟磺酸酯、三烯丙基磷酸酯、三炔丙基磷酸酯、2,4-丁烷磺内酯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、三(三甲硅烷)硼酸酯、三(三甲硅烷)磷酸酯、三(乙烯基二甲硅烷)磷酸酯中的至少一种。

15、进一步地，本发明的助剂的质量占电解液总质量的0.1～5％，具体地，助剂的质量可占电解液总质量的0.2～2％。作为示例地，助剂的质量占电解液总质量的0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1％、1.5％、2％、2.2％、2.5％、3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％，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。

16、相应地，本发明第二方面还提供一种锂离子电池，包括正极和负极，还包括上述提及的电解液。该锂离子电池采用了上述的电解液，锂离子电池具有较好的高温循环性能、常温快充循环性能，还具有良好的低温性能，尤其是在-20℃下还具有良好的低温性能。

17、进一步地，本发明的正极的活性材料选自锂钴氧化物(如licoo2)、锂镍氧化物(如linio2)、锂锰氧化物(如limno2、limn2o4)、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物结构(如linixcoymn1-x-ymzo2，其中0.6≤x<0.9，x+y<1，0≤z<0.08，m为al、mg、zr和ti中的至少一种)、磷酸铁锂(如lifepo4(也可以简称为lfp))、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂(如limnpo4)、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂及磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。在一优选的实施例中，正极由镍钴锰氧化物材料制成，镍钴锰氧化物材料为linixcoymn1-x-ymzo2，其中0.6≤x<0.9，x+y<1，0≤z<0.08，m为al、mg、zr和ti中的至少一种。作为示例地，x＝0.8，y＝0.1，m为zr，z＝0.03。

18、进一步地，本发明的负极的活性材料包括碳基负极、硅基负极、锡基负极、锂负极中的至少一种。其中碳基负极可包括石墨、硬碳、软碳、石墨烯、中间相碳微球等；硅基负极可包括硅材料、硅的氧化物、硅碳复合材料以及硅合金材料等；锡基负极可包括锡、锡碳、锡氧、锡金属化合物；锂负极可包括金属锂或锂合金。锂合金具体可以是锂硅合金、锂钠合金、锂钾合金、锂铝合金、锂锡合金和锂铟合金中的至少一种。