[发明专利]一种含氮杂环类化合物的电解液、制备方法及锂二次电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种含氮杂环类化合物的电解液，包括溶剂、溶质和添加剂，还包括至少一种以下结构通式(1)或结构通式(2)所示的含氮杂环类化合物：其中，R代表C、S或S＝O；其通过特定结构的含氮杂环类化合物，从而在将该电解液用于非水电解液电池时，该非水电解液电池能够有效地提升电池的循环特性和高温存储特性，抑制了电池在高温存储时的产气现象。本发明还提供了一种锂二次电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种含氮杂环类化合物的电解液、制备方法及锂二次电池。

背景技术

近年来，随着消费水平的提高，不仅对小型和高能量密度应用的电力存储系统有了迅速增加的需求，例如存储信息相关的装置、通信装置，包括个人电脑，视频摄像机，数码相机，便携式电话和智能手机等；而且还对具有大容量，高输出和高能量密度的动力电池的需求与日俱增，可用于电动车辆,混合动力汽车和燃料电池车辆的辅助动力系统。此外，即使在用于大型和高功率应用的电力存储系统中，也可以越来越多地使用电池的需求，例如电力存储器；作为其候选者，诸如锂离子电池、锂电池、锂离子电容器或钠离子电池的非水电解质电池已被积极开发。

大量的非水电解质电池已经投入实际使用，但是这些电池没有一个具有用于各种应用的令人满意的特性。特别是使用天然石墨或人造石墨等高结晶化的碳材料作为负极材料的锂二次电池由于非水系电解液中的非水系溶剂于充电时会在负极表面被还原分解，所以由此而产生的分解物或气体会阻碍电池本身的电化学反应，因此循环特性降低。除了常温循环特性之外，这样的电池还需要具有高温循环特性，使得即使在高温环境下重复进行充电和放电时容量的降低也很小(高温循环特性)并且即使在高温环境下将电池长时间置于充满电的状态下，自放电也很小(高温储存特性)。

为了提高以长期耐久性或输出特性为代表的电池性能，重要的是形成离子传导性高且电子传导性低、长期稳定的SEI，业界广泛地尝试通过将被称为添加剂的化合物少量(通常为0.01质量％以上且10质量％以下)添加至电解液中而积极地形成良好的SEI(SolidElectrolyte Interface)。作为提高高温特性、反复充放电的电池特性(循环特性)的手段，研究了正极和负极的活性物质等各种电池成分的优化。非水电解液相关技术也不例外，提出了通过各种添加剂抑制正极活性物质或负极活性物质表面的电解液分解引起的劣化。例如，日本专利特开2013-051122号公报公开了在电解质溶液中添加含有磷酰基或磺酰基的盐进行了研究，提出了通过将特定的磺酰亚胺盐或磷酰酰亚胺盐与草酸络合物组合来提高高温循环特性或高温保存特性的方法；以及日本专利特开2013-030465号公报公开了通过将特定的氟磷酸盐与磺酰亚胺盐组合来改善循环特性或输出特性的方法。

以上研究有效提高了电池的高温循环和高温储存的性能，为了推动电池电解液的研究发展，需要提出更多的电解液技术方案；并且上述研究没有针对抑制电解液的酸度和色度升高来进一步研发，电解液的酸度和色度的升高也是会间接影响到使用该电解液的电池产品的品质。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种含氮杂环类化合物的电解液，能够明显抑制电池充放电循环次数增加以及电池长期处于高温条件下出现的高温产气现象，有效提升电池的高温循环和高温存储性能。

本发明另一目的在于，提供一种含氮杂环类化合物的电解液的制备方法，其制备出的电解液用于非水电解液电池时，该非水电解液电池能够有效地提升电池的循环特性和高温存储特性，抑制了电池在60℃高温存储时的产气现象。

同时，本发明还提供了一种锂二次电池，在电极表面形成稳定的钝化膜，抑制了电池高温产气，阻止了电解液分解和过渡金属离子溶出，改善电池循环性能以及高温性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种含氮杂环类化合物的电解液，包括溶剂、溶质和添加剂，还包括至少一种以下结构通式(1)或结构通式(2)所示的含氮杂环类化合物：

其中，R代表C、S或S＝O。