一种含硫杂环化合物的长循环寿命锂离子电池电解液的制作方法

本发明属于锂离子电池电解液相关领域，具体涉及一种含硫杂环化合物的长循环寿命锂离子电池电解液。

背景技术：

1、随着近年来能源危机以及环境问题日趋严重，锂离子电池作为绿色环保能源被各个领域广泛使用，以电动车替代燃油车作为未来环保节能的新方向已被各界广泛接受，与此同时也让锂离子电池的需求量呈指数型增长。因此，锂离子电池作为电动车、油电混合动力汽车中最具有潜力的动力电池也迎来了井喷式发展的黄金期。锂离子电池要实现产业化推向市场，对锂离子电池的能量密度、稳定性能、储存性以及生产成本等各方面特性均提出了更高更严格的要求。

2、现有锂离子电池一般由正极材料、负极材料、电解液以及隔膜构成，各个结构之间相互协调工作，每一个组成部分都会对电池性能产生巨大影响。其中，电解液起到了离子传输和正负极之间电荷传导的作用，是作为联通正极材料以及负极材料之间的桥梁。一般而言，锂离子电池电解液由有机溶剂、锂盐和添加剂构成，添加剂在电解液中的含量一般偏低，但是其作为影响电解液和活性材料之间sei膜生成的关键一环，对锂离子电池的充放电循环性能起到了关键性的不可忽视的作用。cn113328144a公开了一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池，使用环状硫酸酯化合物和氟代碳酸乙烯酯化合物及硫酸亚乙烯酯、三(三甲基硅基)磷酸脂中的两种或以上作为添加剂，使用该电解液的锂离子电池具有优良的常温循环性能、高温循环性能及高温存储寿命，但该发明25℃循环300次后的容量保持率仅为90％左右，循环稳定性能较低，且该电解液低温循环性能有限。cn117976976a公开了一种低粘度、低熔点锂电池电解液及锂电池，电解液包括：锂盐、溶剂和添加剂，其中：锂盐总浓度为0.1～6m，添加剂体积比为5％～20％，添加剂采用为氟代酯、氟代醚、普通链状醚、砜类以及磷酸酯类，该发明制得的电解液有效改善了锂电池低温下循环性能差和倍率性能差的问题，但添加剂使用量较大，增加了生产成本。

3、目前而言，现有的添加剂的使用容易使锂离子电池在充放电循环过程中发生副反应，从而严重影响了锂离子电池的充放电循环性能，同时也给锂离子电池的安全性能埋下了巨大的隐患，不断开发性能优异的锂离子电池电解液添加剂及其应用配方对于锂离子电池的进一步应用及发展具有重要作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含硫杂环化合物的长循环寿命锂离子电池电解液，含硫杂环化合物可以提高sei膜的性能，既能形成紧密的结构层又不增加阻抗，显著改善电池的循环性能，使用该电解液的锂离子电池具有优异的常温循环性能及良好的低温循环性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种含硫杂环化合物的长循环寿命锂离子电池电解液，包括溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂由基础添加剂和含硫杂环化合物组成，其中含硫杂环化合物为硫酸亚乙烯酯(dtd)、氟代硫酸亚乙烯酯(fdtd)、双氟代硫酸亚乙烯酯(dfdtd)、氨基硫酸亚乙烯酯(aes)中的一种或两种混合。

4、进一步的，所述含硫杂环化合物含量占电解液总质量的0.5～3％。

5、进一步的，所述溶剂为碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)中的一种或几种。

6、进一步的，所述溶剂含量占电解液总质量的范围为：碳酸乙烯酯：25～40％、碳酸丙烯酯：0～25％、碳酸甲乙酯：15～65％、碳酸二甲酯：0～45％、碳酸二乙酯：0～60％。

7、进一步的，所述基础添加剂为锂4,5-二氰基-2-(三氟甲基)异吡唑(litdi)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、丁二腈(sn)、亚硫酸甘油酯(clag)、1,3,6-己烷三腈(hctn)、1,3-丙烷磺酸内酯(ps)、亚磷酸硅酯(tmspi)、甲烷二磺酸亚甲酯(mmds)中的一种或几种。

8、进一步的，所述基础添加剂含量占电解液总质量的范围为：锂4,5-二氰基-2-(三氟甲基)异吡唑：0.2～8％、氟代碳酸乙烯酯：0～6％、丁二腈：0～4％、亚硫酸甘油酯：0～2％、1,3,6-己烷三甲腈：0～2％、1,3-丙烷磺酸内酯：0～2％、亚磷酸硅脂：0～4％、甲烷二磺酸亚甲酯：0～4％。

9、进一步的，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、二氟磷酸锂(lipo2f2)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)中的一种或两种混合。

10、进一步的，所述锂盐含量占电解液总质量的范围为：双氟磺酰亚胺锂：11～16％、六氟磷酸锂：0.4～6％、四氟硼酸锂：0.3～5％、二氟磷酸锂：0.4％～8％、双三氟甲基磺酰亚胺锂：0.2～6％。

11、本发明提供了一种含硫杂环化合物的长循环寿命锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：在充满氩气的手套箱中，将ec:pc:emc:fec按23-26:15-20:48-52:2-14的质量比进行混合，然后加入电解液总质量12-18％锂盐，最后加入基于电解液总质量0.2～8％的基础添加剂和0.5-3％的含硫杂环化合物，搅拌均匀后，得到锂离子电池电解液。

12、作用原理：含硫杂环化合物可以在电池首次充放电循环时促进电池负极形成良好的sei膜，通过降低电极材料的充放电效率，以及有效防止溶剂分子的共嵌入，避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏，使得电池循环性能及存储稳定性能得到有效提高；其次与电极材料反应所形成的界面钝化层具有稳定、致密、均匀且阻抗低等优点，从而改善电池的循环寿命，获得的锂离子电池具备优异的常温循环性能和良好的低温循环性能。基于合理合适的溶剂、锂盐和添加剂配方，可进一步提升电解液在锂离子电池中的性能，使锂离子电池获得更加优异的循环性能。

13、有益效果：

14、与现有技术相比，本发明的电解液配方内添加质量比为0.5-3％的含硫杂环化合物，该化合物促进电池在负极形成了良好的sei膜，有效提高电池循环性能及存储稳定性；其次与电极材料反应所形成的界面钝化层具有稳定、致密、均匀且阻抗低等优点。本发明基于溶剂、锂盐和添加剂的合理配比，进一步提升了电解液的整体性能，获得了具备优异的常温循环性能及耐低温性能的电解液，该电解液显著提升了锂离子电池的使用寿命，常温下2c循环1000次容量保持率为90.2％，库伦效率为95.7％；在-25℃循环200次容量保持率为87.28％，显著高于对比例。本发明电解液设计简单，性能显著，适合大规模生产及商业应用。

1.一种含硫杂环化合物的长循环寿命锂离子电池电解液，其特征是，包括溶剂、锂盐和添加剂，其中添加剂由基础添加剂和含硫杂环化合物组成，其中含硫杂环化合物为硫酸亚乙烯酯、氟代硫酸亚乙烯酯、双氟代硫酸亚乙烯酯、氨基硫酸亚乙烯酯中的一种或两种混合。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征是，所述含硫杂环化合物含量占电解液总质量的0.5～3％。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征是，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征是，所述溶剂含量占电解液总质量的范围为：碳酸乙烯酯：25～40％、碳酸丙烯酯：0～25％、碳酸甲乙酯：15～65％、碳酸二甲酯：0～45％、碳酸二乙酯：0～60％。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征是，所述基础添加剂为锂4,5-二氰基-2-(三氟甲基)异吡唑、氟代碳酸乙烯酯、丁二腈、亚硫酸甘油酯、1,3,6-己烷三腈、1,3-丙烷磺酸内酯、亚磷酸硅酯、甲烷二磺酸亚甲酯中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池电解液，其特征是，所述基础添加剂含量占电解液总质量的范围为：锂4,5-二氰基-2-(三氟甲基)异吡唑：0.2～8％、氟代碳酸乙烯酯：0～6％、丁二腈：0～4％、亚硫酸甘油酯：0～2％、1,3,6-己烷三甲腈：0～2％、1,3-丙烷磺酸内酯：0～2％、亚磷酸硅脂：0～4％、甲烷二磺酸亚甲酯：0～4％。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征是，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或两种混合。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池电解液，其特征是，所述锂盐含量占电解液总质量的范围为：双氟磺酰亚胺锂：11～16％、六氟磷酸锂：0.4～6％、四氟硼酸锂：0.3～5％、二氟磷酸锂：0.4％～8％、双三氟甲基磺酰亚胺锂：0.2～6％。

9.根据权利要求1-8所述的锂离子电池电解液的制备方法，其特征是，在充满氩气的手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和氟代碳酸乙烯酯按23-26:15-20:48-52:2-14的质量比进行混合，然后加入电解液总质量12-18％锂盐，最后加入基于电解液总质量0.2～8％的基础添加剂和0.5-3％的含硫杂环化合物，搅拌均匀后，得到锂离子电池电解液。