[发明专利]锂二次电池及其电解液

说明书

本发明公开了一种锂二次电池及其电解液。所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中；所述添加剂包括具有式I所示化学结构式的磺酰亚胺类化合物，在式I中，X、Y分别独立地选自氟、氯、氰基、碳原子数为1～10的烃基、碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的烃基。锂二次电池是采用以上电解液的电池。与现有技术相比，本发明通过在锂二次电池的电解液中添加磺酰亚胺作为添加剂，明显改善了锂二次电池的室温循环性能，减缓了锂枝晶的生成，提高了电池的容量保持率。

技术领域

本发明属于锂二次电池领域，更具体地说，本发明涉及一种锂二次电池及其电解液。

背景技术

随着电子产品、动力、储能市场需求的不断扩大，人们对目前应用广泛的锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。由于以石墨为负极的锂离子电池中，石墨容量的发挥已经接近了理论值(376mAh/g)，进一步提高石墨负极锂离子电池的容量很有难度，因此，发展以金属锂作为负极的锂二次电池逐渐引起了科研工作者的关注。然而，限制锂二次电池进一步发展的障碍主要有两个方面：一是锂二次电池在循环过程中容易产生锂枝晶，导致电池出现短路而存在严重的安全隐患；二是电解液的限制，即在锂二次电池充放电过程中，其电极与电解液反应剧烈，导致电池的循环效率低，循环寿命短。

另一方面，业界人士发现向电解液中加入有效的功能添加剂是降低电解液与电极材料间反应性、提高锂二次电池循环性能的重要途径。根据现有文献报道，亚硫酸丙烯酯(简写为PS)、亚硫酸乙烯酯(简写为ES)、硫酸乙烯酯(简写为DTD)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)等诸多含S＝O基团的酯类添加剂，能够在电池循环过程中，在锂二次电池的正负极表面形成由短链有机磺酸锂、无机亚硫酸锂等物质组成的界面膜，界面膜具有良好的性能，有利于降低电解液溶剂与电极材料之间持续的剧烈反应，提高锂沉积与溶出的可逆度，提高电池的充放电库仑效率，改善电池的循环性能。

可见，进一步发展和寻找含S＝O基团的化合物作为电解液添加剂，是提高以金属锂为电极的锂二次电池的循环、安全等性能的重要途径之一，也是锂二次电池用电解液的技术发展方向之一。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种采用新型添加剂的锂二次电池电解液，并提供使用该电解液制造出的锂二次电池，通过添加剂的使用在锂二次电池的金属锂负极表面形成优良界面膜，抑制电极活性物质与电解液的持续剧烈副反应，减缓锂枝晶生成，提高锂二次电池的首周库仑效率、循环稳定性能和安全性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂二次电池电解液，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中；所述添加剂包括具有式I所示化学结构式的磺酰亚胺类化合物，

在式I中，X、Y分别独立地选自氟、氯、氰基、碳原子数为1～10的烃基、碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的烃基。

所述碳原子数为1～10的烃基，是由碳原子数为1～10的烃类化合物分子上失去任一氢原子形成的，所述烃类化合物为饱和烃或不饱和烃，包含但不限于烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。

所述碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的烃基，是由碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的化合物分子上失去任一氢原子形成的：如碳原子数为1含有氮元素的氢氰酸，失去一个氢原子形成的腈基；又如碳原子为2含有氮元素和氧元素的硝基乙烷，失去一个氢原子形成的硝基乙基等。

优选地，所述X、Y分别独立地选自F原子、碳原子数为1～8的含氟烷基链、碳原子数为1～8的含氟烷氧基链中的一种或几种。

优选地，所述磺酰亚胺类化合物在电解液中的质量百分含量为0.1％～8％。

进一步优选地，所述磺酰亚胺类化合物在电解液中的质量百分含量为0.3％～1％。