非水电解质和包含其的锂二次电池的制作方法

本发明涉及非水电解质以及包含该非水电解质的锂二次电池。

背景技术：

1、随着现代社会对电能的依赖不断增加，能够稳定供电并增加产量的大容量储能装置的开发备受瞩目。此外，随着从手机等小型电子设备到电动汽车等中大型电子设备的电子产品的性能提升，对高容量便携电源的需求日益增长。在具有最高潜力的锂二次电池的情况下，锂二次电池可满足高容量储能性能，因此已应用于从小型电子设备到电动汽车（ev）和储能系统（ess）的各种场合。

2、锂二次电池通常包括含有正极活性材料的正极、含有负极活性材料的负极、作为锂离子传输介质的电解质以及隔膜。如锂钴氧化物(licoo2)、锂镍氧化物(linio2)、锂镍钴锰复合氧化物或磷酸铁锂等锂过渡金属氧化物可用作正极活性材料，而碳类活性材料、硅类活性材料、锂过渡金属氧化物或锂金属等可用作负极活性材料。

3、当锂二次电池充电时，可以从正极产生锂离子，锂离子可能在负极堆积或转化为合金形式并储存，而放电过程则沿相反方向进行。在此，锂离子在负极活性材料内部大部分沉积/合金化，但部分锂离子会与构成电解质的有机和无机物质一起被还原，在负极表面上形成纳米级有机-无机复合物。如此形成的有机-无机膜被称为固体电解质界面层（sei层）。在正极活性材料表面上，也可以通过构成电解质的材料的氧化反应形成固体电解质界面层。

4、传统上，如石墨等碳类活性材料主要用作负极活性材料。然而，近年来，已考虑使用具有比碳类活性材料更高容量的硅类活性材料。

5、硅类活性材料已成为需要高能量密度的锂离子电池的下一代负极材料。这不仅是由于其与碳类活性材料相比更高的容量，还因为其成本低、无毒且环保，并且具有更低的工作电压。

6、然而，硅类活性材料由于其初始不可逆容量较高、导致显著锂耗竭，具有与碳类负极材料相比初始效率较低的缺点。特别是，硅类活性材料的问题在于，由于充放电过程中锂离子插入和脱出导致的晶体结构变化而有非常大的体积膨胀和收缩。如此大的体积膨胀和收缩导致固体电解质界面层的耐久性降低，大幅降低了负极的导电性，从而导致寿命性能劣化。这会在负极表面引起伴随连续的电解质分解的厚膜形成反应，从而导致电池电阻严重增加和性能下降。

7、因此，形成在硅类电池驱动时可以承受硅类负极的体积变化的具有高弹性和增强的回弹性和稳定性的固体电解质界面层的方法已成为重要课题。

技术实现思路

1、【技术问题】

2、本发明旨在解决上述问题，并提供一种能够在负极表面上形成柔韧且机械耐久的固体电解质界面层的非水电解质。

3、此外，本发明旨在通过包含所述非水电解质来提供一种在高温保存期间具有减少的气体产生和改善的寿命特性的锂二次电池。

4、【技术方案】

5、本发明提供了一种非水电解质，其包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，所述添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂是以下化学式1表示的化合物，第二添加剂是以下化学式2表示的化合物，基于所述非水电解质的总重量，所述添加剂的总含量为8重量%至20重量%，所述第一添加剂与所述第二添加剂的重量比为10:90至40:60。

6、[化学式1]

7、n≡c-r1-f

8、在化学式1中，r1可为具有1至5个碳原子的亚烷基，

9、[化学式2]

10、n≡c-r2

11、在化学式2中，r2可为具有2至10个碳原子的烷基。

12、[2]本发明提供上面[1]中所述的非水电解质，其中，所述有机溶剂为环状碳酸酯化合物。

13、[3]本发明提供上面[2]中所述的非水电解质，其中，所述环状碳酸酯化合物为选自碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸2,3-亚丁酯、碳酸1,2-亚戊酯、碳酸2,3-亚戊酯和碳酸亚乙烯酯中的至少一种。

14、[4]本发明提供上面[2]或[3]中所述的非水电解质，其中，所述环状碳酸酯化合物为碳酸亚乙酯（ec）。

15、[5]本发明提供上面[1]至[4]中至少一项所述的非水电解质，其中，化学式1表示的化合物为选自以下化学式1a至化学式1c表示的化合物中的至少一种：

16、[化学式1a]

17、n≡c-ch2f

18、[化学式1b]

19、n≡c-ch2ch2f

20、[化学式1c]

21、n≡c-ch2ch2ch2f。

22、[6]本发明提供上面[1]至[5]中至少一项所述的非水电解质，其中，化学式2表示的化合物为选自以下化学式2a至化学式2c表示的化合物中的至少一种：

23、[化学式2a]

24、n≡c-ch(ch3)2

25、[化学式2b]

26、n≡c-ch(ch2ch3)2

27、[化学式2c]

28、n≡c-ch(ch3)ch2ch3。

29、[7]本发明提供上面[1]至[6]中至少一项所述的非水电解质，其中，所述第一添加剂与所述第二添加剂的重量比为10:90至30:70。

30、[8]本发明提供上面[1]至[7]中至少一项所述的非水电解质，其中，基于所述非水电解质的总重量，所述添加剂的总含量为10重量%至20重量%。

31、[9]本发明提供上面[1]至[8]中至少一项所述的非水电解质，其中，所述非水电解质还包含选自环状碳酸酯类化合物、卤代碳酸酯类化合物、磺内酯类化合物、硫酸类化合物、磷酸类化合物、硼酸类化合物、苯类化合物、胺类化合物、硅烷类化合物和锂盐类化合物中的至少一种辅助添加剂。

32、[10]本发明提供一种锂二次电池，其包括正极、与所述正极相对的负极、设置在所述负极和所述正极之间的隔膜以及上面[1]所述的非水电解质。

33、[11]本发明提供上面[10]中所述的锂二次电池，其中，所述负极包含硅类活性材料。

34、【有益效果】

35、本发明的非水电解质通过以特定组成比包含具有特定结构的两种腈化合物作为电解质添加剂，可以在负极表面上形成柔韧并且具有优异机械耐久性的固体电解质界面层。当本发明的非水电解质应用于锂二次电池时，该非水电解质可以吸收由于负极的连续体积膨胀和收缩造成的机械应力累积，并且可以抑制由负极表面上的固体电解质界面层的耐久性降低引起的电解质副反应加速、电阻增加和气体产生，从而大幅改善锂二次电池的寿命特性等整体性能。特别是，本发明的非水电解质可适用于包含在充放电过程中体积变化较大的硅类活性材料的负极以及包含该负极的锂二次电池。

1.一种非水电解质，其包含锂盐、有机溶剂和添加剂，

2.如权利要求1所述的非水电解质，其中，所述有机溶剂为环状碳酸酯化合物。

3.如权利要求2所述的非水电解质，其中，所述环状碳酸酯化合物为选自碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸2,3-亚丁酯、碳酸1,2-亚戊酯、碳酸2,3-亚戊酯和碳酸亚乙烯酯中的至少一种。

4.如权利要求3所述的非水电解质，其中，所述环状碳酸酯化合物为碳酸亚乙酯（ec）。

5.如权利要求1所述的非水电解质，其中，所述化学式1表示的化合物为选自化学式1a至化学式1c表示的化合物中的至少一种：

6.如权利要求1所述的非水电解质，其中，所述化学式2表示的化合物为选自化学式2a至化学式2c表示的化合物中的至少一种：

7.如权利要求1所述的非水电解质，其中，所述第一添加剂与所述第二添加剂的重量比为10:90至30:70。

8.如权利要求1所述的非水电解质，其中，基于所述非水电解质的总重量，所述添加剂的总含量为10重量%至20重量%。

9.如权利要求1所述的非水电解质，其中，所述非水电解质还包含选自环状碳酸酯类化合物、卤代碳酸酯类化合物、磺内酯类化合物、硫酸类化合物、磷酸类化合物、硼酸类化合物、苯类化合物、胺类化合物、硅烷类化合物和锂盐类化合物中的至少一种辅助添加剂。

10.一种锂二次电池，其包含：正极、与所述正极相对的负极、设置在所述负极与所述正极之间的隔膜以及权利要求1所述的非水电解质。

11.如权利要求10所述的锂二次电池，其中，所述负极包含硅类活性材料。