本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓、快充功能電解液及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

目前，商業(yè)化二次電池中，鋰離子電池的比能量最高、循環(huán)性能最好，而且因其電極材料選擇的多樣性，作為儲(chǔ)能電池具有廣闊的發(fā)展前景。目前國(guó)內(nèi)外動(dòng)力鋰電正極材料技術(shù)路線主要有3個(gè)流派：磷酸鐵鋰派、錳酸鋰派、三元派〔鎳鈷鋁酸鋰(nca)和鎳鈷錳酸鋰(ncm)〕。其中磷酸鐵鋰作為正極材料的電池充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)，但其缺點(diǎn)是能量密度、高低溫性能、充放電倍率特性均存在較大差距，且生產(chǎn)成本較高，磷酸鐵鋰電池技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)遇到發(fā)展的瓶頸；錳酸鋰電池能量密度低、高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性和存儲(chǔ)性能較差，因而錳酸鋰僅能作為國(guó)際第1代動(dòng)力鋰電的正極材料；而多元材料因具有綜合性能和成本的雙重優(yōu)勢(shì)日益被行業(yè)所關(guān)注和認(rèn)同，逐步超越磷酸鐵鋰和錳酸鋰成為主流的技術(shù)路線，尤其是以2013年以突出的特斯拉(tesla)電動(dòng)汽車為代表，其推出的teslamodels續(xù)航里程可達(dá)480km。從電池能量密度和電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程來看，含鎳(ni)的三元系優(yōu)勢(shì)明顯，特別是高ni三元系材料制作的電池。

三元材料中，隨著鎳元素比例的提高，在比能量上會(huì)有更大的優(yōu)勢(shì)。包括333、532、622、711、811(鎳、鈷、錳三者的比例)以及鎳鈷鋁。層狀結(jié)構(gòu)高鎳氧化物具有高比容量、相對(duì)低的成本等優(yōu)點(diǎn)，必定會(huì)成為下一代鋰離子電池的重要候選正極材料之一。

然而，隨著科技的快速發(fā)展以及人們生活節(jié)奏的不斷加快，人們對(duì)鋰離子電池能夠在最短的時(shí)間內(nèi)充滿電，且可以使用較長(zhǎng)時(shí)間，提出了越來越迫切的渴望。目前由高鎳ncm(811)材料作為電極的電池，雖然可以實(shí)現(xiàn)比容量大，但其充電電壓以及充電倍率都比較小，導(dǎo)致其容量的實(shí)際利用率不高，且充電時(shí)間長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。另外ncm(811)充電電壓越高，ni⁴⁺對(duì)電解液的催化電解液分解越嚴(yán)重，而電解液的分解，產(chǎn)生的hf不僅會(huì)對(duì)集流體造成一定的腐蝕，還會(huì)對(duì)電極材料造成一定的破壞，例如正極材料形貌改變、結(jié)構(gòu)坍塌等惡性反應(yīng)，這種現(xiàn)象對(duì)電池利用大倍率充電的情況下尤為明顯。如果能開發(fā)一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)電池高壓、快充功能的電解液，進(jìn)而使ncm(811)作為正極材料的鋰電池電性能的優(yōu)良發(fā)揮，提高循環(huán)壽命，滿足生產(chǎn)和日常生活需求，將會(huì)簡(jiǎn)化設(shè)備工藝，大大節(jié)約成本，并減少國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)與工業(yè)化進(jìn)程的差距。通過在常規(guī)的鋰離子電池電解液中加入少量的電解液添加劑是提高鋰離子電池性能的最方便、最經(jīng)濟(jì)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高壓、快充功能電解液。該電解液可以明顯改善材料在高壓、大倍率充放電條件下的循環(huán)性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述高壓、快充功能電解液的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述高壓、快充功能電解液在鋰離子電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高壓、快充功能電解液，該電解液是在普通電解液中添加相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量1％～5％的功能添加劑制備得到；所述的功能添加劑為二氟甲基苯砜(dps)，其結(jié)構(gòu)式如式(1)所示：

所述的普通電解液由環(huán)狀碳酸酯溶劑、線型碳酸酯溶劑和導(dǎo)電鋰鹽構(gòu)成。

所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑優(yōu)選為碳酸乙烯酯(ec)。

所述的線型碳酸酯溶劑包括碳酸二甲酯(dmc)，碳酸甲乙酯(emc)，碳酸二乙酯(dec)和碳酸甲丙酯(mpc)中的一種或兩種以上。

所述的導(dǎo)電鋰鹽選自六氟磷酸鋰(lipf6)、四氟硼酸鋰(libf4)、二草酸硼酸鋰(libob)、二氟草酸硼酸鋰(lidfob)、三氟甲基磺酸鋰(liso3cf3)、高氯酸鋰(liclo4)、六氟砷酸鋰(liasf6)和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(li(cf3so2)2n)中的一種或兩種以上。

優(yōu)選地，所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑和線型碳酸酯溶劑的質(zhì)量比為1：(2～3)，所述的導(dǎo)電鋰鹽在普通電解液中的濃度為0.8～1.0mol/l。

上述高壓、快充功能電解液的制備方法，包括如下步驟：

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑和線型碳酸酯溶劑混合，純化除雜、除水，得到普通混合溶劑；

(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽加入步驟(1)所得到的混合溶劑中，得到普通電解液；

(3)在步驟(2)得到的普通電解液中加入相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量1～5％的功能添加劑二氟甲基苯砜(dps)，得到所述高壓、快充功能電解液。

步驟(1)中所述的純化除雜、除水優(yōu)選是指通過分子篩、活性炭、氫化鈣、氫化鋰、無水氧化鈣、氯化鈣、五氧化二磷、堿金屬或堿土金屬中的任意一種或兩種以上進(jìn)行處理。

所述的分子篩可以采用型、型或型，最好選用型或型。

上述高壓、快充功能電解液在制造鋰離子電池中的應(yīng)用，得到的電池具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)本發(fā)明使用含硫元素添加劑的有機(jī)物二氟甲基苯砜作為鋰離子電解液的高壓、快充成膜添加劑，由于該添加劑具有較低的氧化電位，在首次充放電過程中能夠在正極表面形成一層致密、穩(wěn)定的界面膜，優(yōu)化了正極表面膜，抑制電極的表面活性，從而抑制電解液與電極活性物質(zhì)的進(jìn)一步接觸及hf的形成，減少電解液主體溶劑在電極表面的氧化分解。含有這種功能添加劑的鋰離子電池在3～4.35v下的室溫循環(huán)性能和倍率性能得到改善，應(yīng)用前景良好。

(2)本發(fā)明使用含硫元素添加劑的有機(jī)物二氟甲基苯砜作為鋰離子電解液的高壓、快充添加劑，是由于該添加劑中的砜基團(tuán)能有效的提高碳酸酯類電解液的電導(dǎo)性，氟基官能團(tuán)能夠參與表面膜lif等成份的形成，苯基能夠提高電解液的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是實(shí)施例2制備的高壓、快充功能電解液與普通電解液電池循環(huán)70圈的對(duì)比圖；其中，a：0.5c充放電；b：3c充放電。

圖2是實(shí)施例2極片在高壓，不同倍率充放電條件下的倍率圖；其中，a：快充慢放；b：快充快放；c：慢充快放。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑碳酸乙烯酯(ec)，線型碳酸酯溶劑碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)，按質(zhì)量比ec∶emc：dec＝3∶5：2混合，并采用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水，得到混合溶劑；

(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽lipf6溶解在步驟(1)得到的混合溶劑中，終濃度為1.0mol/l，攪拌均勻，得到普通電解液；

(3)在步驟(2)制備的普通電解液中添加二氟甲基苯砜(試劑購(gòu)買于adamas，純度大于98％，使用時(shí)未經(jīng)過進(jìn)一步的純化)，二氟甲基苯砜的用量為電解液質(zhì)量的1％，得到用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液。

實(shí)施例2

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑碳酸乙烯酯(ec)，線型碳酸酯溶劑碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)，按按質(zhì)量比ec∶emc：dec＝3∶5：2混合，并采用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水，得到混合溶劑；

(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽lipf6溶解在步驟(1)得到的混合溶劑中，終濃度為1.0mol/l，攪拌均勻，得到普通電解液；

(3)在步驟(2)制備的普通電解液中添加二氟甲基苯砜(試劑購(gòu)買于adamas，純度大于98％，使用時(shí)未經(jīng)過進(jìn)一步的純化)，二氟甲基苯砜的用量為電解液質(zhì)量的2％，得到用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液。

實(shí)施例3

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑碳酸乙烯酯(ec)，線型碳酸酯溶劑碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)，按按質(zhì)量比ec∶emc：dec＝3∶5：2混合，并采用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水，得到混合溶劑；

(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽lipf6溶解在步驟(1)得到的混合溶劑中，終濃度為1.0mol/l，攪拌均勻，得到普通電解液；

(3)在步驟(2)制備的普通電解液中添加二氟甲基苯砜(試劑購(gòu)買于adamas，純度大于98％，使用時(shí)未經(jīng)過進(jìn)一步的純化)，二氟甲基苯砜的用量為電解液質(zhì)量的5％，得到用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液。

實(shí)施例4

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑碳酸乙烯酯(ec)，線型碳酸酯溶劑碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)，按按質(zhì)量比ec∶emc：dec＝3∶5：2混合，并采用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水，得到混合溶劑；

(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽liasf6溶解在步驟(1)得到的混合溶劑中，終濃度為1.0mol/l，攪拌均勻，得到普通電解液；

(3)在步驟(2)制備的普通電解液中添加二氟甲基苯砜(試劑購(gòu)買于adamas，純度大于98％，使用時(shí)未經(jīng)過進(jìn)一步的純化)，苯基亞磷酸二乙酯的用量為電解液質(zhì)量的2％，得到用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液。

實(shí)施例5

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑碳酸乙烯酯(ec)，線型碳酸酯溶劑碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)，按按質(zhì)量比ec∶emc：dec＝3∶5：2混合，并采用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水，得到混合溶劑；

(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽liso3cf3溶解在步驟(1)得到的混合溶劑中，終濃度為1.0mol/l，攪拌均勻，得到普通電解液；

(3)在步驟(2)制備的普通電解液中添加二氟甲基苯砜(試劑購(gòu)買于adamas，純度大于98％，使用時(shí)未經(jīng)過進(jìn)一步的純化)，二氟甲基苯砜的用量為電解液質(zhì)量的2％，得到用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液。

實(shí)施例6

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑碳酸乙烯酯(ec)，線型碳酸酯溶劑碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二乙酯(dec)，按按質(zhì)量比ec∶emc：dec＝3∶5：2混合，并采用分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水，得到混合溶劑；

(2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽li(cf3so2)2n溶解在步驟(1)得到的混合溶劑中，終濃度為1.0mol/l，攪拌均勻，得到普通電解液；

(3)在步驟(2)制備的普通電解液中添加二氟甲基苯砜(試劑購(gòu)買于adamas，純度大于98％，使用時(shí)未經(jīng)過進(jìn)一步的純化)，二氟甲基苯砜的用量為電解液質(zhì)量的2％，得到用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液。

效果比較：

將實(shí)施例2制備得到的用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液(也即是2％dps)和對(duì)比普通電解液(也即是std)進(jìn)行比較：

(1)圖1為實(shí)施例2制備的用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液，進(jìn)行70圈的高壓(4.35v)循環(huán)后，在小倍率0.5c的充放電倍率時(shí)(圖a)，還能保持95％的容量保持率，而普通電解液進(jìn)行接近70圈后只能保持70％的容量保持率。此外，從圖b可以看出，在大倍率3c的充放電循環(huán)后，電池在所制備的高壓、快充功能電解液的容量保持率(80％)仍明顯高于普通電解液(63％)。從結(jié)果可以看出，電解液中加入二氟甲基苯砜的電解液用于鋰離子電池能改善其在高壓、快充條件下循環(huán)性能，在高壓電池體系有比較好的應(yīng)用前景。

(2)圖2為實(shí)施例2制備的用于鋰離子電池的高壓、快充功能電解液，li/ncm(811)電池在二氟甲基苯砜包含的電解液中，進(jìn)行倍率測(cè)試，從結(jié)果可以看出，發(fā)現(xiàn)無論是快充慢放(圖2a)，快充快放(圖2b)、還是慢充快放(圖2c)，在電解液中加入二氟甲基苯砜均占據(jù)這很大的優(yōu)質(zhì)，在實(shí)現(xiàn)ncm(811)作為正極材料的鋰電池電性能的優(yōu)良發(fā)揮有較好的應(yīng)用前景。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。