一种锂离子电池电解液添加剂及含有此添加剂的电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种应用于电池电解液的添加剂，具有如下(I)所示结构，

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液添加剂及含有此添加剂的电解液和锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池电解液领域，涉及一种用于锂离子电池电解液的添加剂以及使用此添加剂的电解液和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高、自放电小和无记忆效应等优点，被广泛应用于3C、储能和动力电池等领域。更长的循环寿命、更高的能量密度、更快的倍率性能、更宽的使用温度和更低的价格成本等是锂离子电池发展的重要方向。电解液是锂离子电池关键材料之一，其作用是在正极和负极之间传导锂离子，对电池的倍率性能、循环寿命、温度窗口等都会产生重要影响。锂离子电解液主要由溶剂、锂盐和添加剂三部分组成，其中添加剂又根据功能的不同分为负极成膜添加剂、除水添加剂、正极成膜添加剂、提高电导率添加剂、改善润湿性添加剂和阻燃添加剂等。就负极成膜添加剂而言，当将其应用于锂离子电池时，在锂离子电池首次充电过程中，负极成膜添加剂先于电解液溶剂发生还原分解，生成产物沉积于负极表面形成钝化层，亦称为SEI(Solidelectrochemicalinterface)膜。SEI膜只允许锂离子通过，不仅能够有效抑制溶剂化的锂离子插入石墨层间，进而防止石墨的剥离，还能够有效抑制负极与电解液之间的副反应，进而提高锂电池的循环稳定性。此外，SEI膜对电导率、温度性能等也会产生重要影响。现有技术中，已报道的典型的负极成膜添加剂有碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内脂(PS)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)等。这些负极成膜添加剂虽然能够改善电池负极循环性能，但是对于高温和倍率性能的改善方面还存在问题。因此，有必要对应用于锂离子电池的负极成膜添加剂作进一步的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电池电解液添加剂，所述电池电解液添加剂具有如下结构式(I)：其中：R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C1-C20烷氧基、C6-C20的芳香基、C1-C20卤代烷基、C2-C20卤代烯基、C1-C20卤代烷氧基、C6-C20的卤代芳香基。本专利技术提供的结构式(I)所示的化合物，其取代基R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C1-C20烷氧基、C6-C20的芳香基、C1-C20卤代烷基、C2-C20卤代烯基、C1-C20卤代烷氧基、C6-C20的卤代芳香基。优选的是，所述取代基R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基、C6-C20的芳香基、C1-C12卤代烷基、C2-C12卤代烯基、C1-C12卤代烷氧基、C6-C20的卤代芳香基。进一步优选的是，所述取代基R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C5烷基、C2-C5烯基、C1-C5烷氧基、C1-C5卤代烷基、C2-C5卤代烯基、C1-C5卤代烷氧基。进一步优选的是，所述取代基R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C5烷基、C1-C5烷氧基、C1-C5卤代烷基、C1-C5卤代烷氧基。最优选的是，所述R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C3烷基、C1-C3烷氧基、C1-C3卤代烷基、C1-C3卤代烷氧基。本专利技术提供的结构式(I)所示的电池电解液添加剂，适合在电池电解液中用作负极成膜添加剂。当本专利技术所述的结构式(I)所示的化合物用作负极成膜添加剂时，电池的负极优选为石墨和/或硅碳。当本专利技术所述的结构式(I)所示的化合物用作负极成膜添加剂时，所述负极成膜添加剂还可以进一步的包括其他负极成膜添加剂。作为一种优选的方式，所述负极成膜添加剂包括结构式(I)所示的化合物和选自碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内脂、三(三甲基硅烷)硼酸酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸乙烯亚乙酯中的至少一种。作为进一步优选的方式，所述负极成膜添加剂包括结构式(I)所示的化合物和选自碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内脂和三(三甲基硅烷)硼酸酯中的至少一种。本专利技术还提供一种锂离子电池电解液，其含有上述结构式(I)所示的化合物。当本专利技术所述的锂离子电池电解液中含有上述结构式(I)所示的化合物时，在锂离子电池电解液中，结构式(I)所示的化合物的含量优选为0.1％～5％。进一步优选的是，在锂离子电池电解液中，结构式(I)所示的化合物的含量为0.2％～2％。本专利技术提供的锂离子电池电解液，除上述结构式(I)所示的化合物外，还可以进一步地含有锂盐、有机溶剂和添加剂，即：所述锂离子电池电解液含有锂盐、有机溶剂、添加剂和结构式(I)所示的化合物。本专利技术提供的锂离子电池电解液，使用的锂盐可以是本领域常用的锂盐。优选的是，所述锂盐选自LiBF4、LiPF6、LiFSI、LiTFSI、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiF2BC2O4中的至少一种。本专利技术提供的锂离子电池电解液，使用的有机溶剂可以是本领域常用的有机溶剂。优选的是，所述有机溶剂选自碳酸酯、磷酸酯、羧酸酯、醚类、腈类和砜类溶剂中的至少一种。本专利技术提供的锂离子电池电解液，使用的添加剂可以是有助于改善电解液性能的添加剂。作为一种优选的方式，所述添加剂选自负极成膜添加剂、除水添加剂、正极成膜添加剂、提高电导率添加剂、改善润湿性添加剂和阻燃添加剂中的至少一种。作为进一步优选的方式，所述添加剂选自联苯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、亚硫酸丙烯酯，亚硫酸丁烯酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4丁磺酸内酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯和丁二腈中的至少一种。作为更进一步优选的方式，所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内脂、三(三甲基硅烷)硼酸酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸乙烯亚乙酯中的至少一种。当本专利技术所述的锂离子电池电解液含有锂盐、有机溶剂、添加剂和结构式(I)所示的化合物时，锂盐、有机溶剂、添加剂和结构式(I)所示的化合物在电解液中的含量应当能够改善电池的性能。优选的是，所述锂离子电池电解液中，锂盐含量为5～15％，有机溶剂含量为72～95％，添加剂含量为0.2～10％，结构式(I)所示的化合物的含量为0.1％～5％。本专利技术还提供一种锂离子电池，含有上述电解液。除含有上述电解液外，本专利技术所述的锂离子电池还含有本领域所述的锂离子电池的其他常用部件。本专利技术提供的结构式(I)所示的化合物，当将其用于电池电解液时，相比现有技术具有如下优势：(1)结构式(I)所示的化合物能够有效提高电解液对电极的界面润湿性，降低界面接触阻抗；(2)结构式(I)所示的化合物的还原电位高，能够先于电解液常用溶剂在石墨、硅负极和金属锂等负极表面还原分解，生成SEI膜；(3)生成的SEI膜中F、N和Li的含量增加，不仅能够使SEI膜更加稳定，而且能够有效降低SEI膜阻抗；(4)能够有效降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构式(I)所示的电池电解液添加剂，/n

【技术特征摘要】
20181227 CN 20181161127871.一种结构式(I)所示的电池电解液添加剂，



其中：
R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C1-C20烷氧基、C6-C20的芳香基、C1-C20卤代烷基、C2-C20卤代烯基、C1-C20卤代烷氧基、C6-C20的卤代芳香基。


2.按照权利要求1所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述结构式(I)中：
R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基、C6-C20的芳香基、C1-C12卤代烷基、C2-C12卤代烯基、C1-C12卤代烷氧基、C6-C20的卤代芳香基。


3.按照权利要求2所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述结构式(I)中：
R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C5烷基、C2-C5烯基、C1-C5烷氧基、C1-C5卤代烷基、C2-C5卤代烯基、C1-C5卤代烷氧基。


4.按照权利要求3所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述结构式(I)中：
R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C5烷基、C1-C5烷氧基、C1-C5卤代烷基、C1-C5卤代烷氧基。


5.按照权利要求4所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述结构式(I)中：
R1、R2、R3、R4独立地选自氢、C1-C3烷基、C1-C3烷氧基、C1-C3卤代烷基、C1-C3卤代烷氧基。


6.按照权利要求1所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述添加剂用作负极成膜添加剂。


7.按照权利要求6所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述添加剂用作负极成膜添加剂，所述电池的负极选自石墨和/或硅碳。


8.按照权利要求6所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述负极成膜添加剂包括结构式(I)所示的化合物和选自碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内脂、三(三甲基硅烷)硼酸酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸乙烯亚乙酯中的至少一种。


9.按照权利要求8所述的电池电解液添加剂，其特征在于所述负极成膜添加剂包括结构式(I)所示的化合物和选自碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内脂和三(三甲基硅烷)硼酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国强，李南，董经博，陈慧闯，蒋志敏，沈旻，刘海岛，张海兵，
申请(专利权)人：浙江省化工研究院有限公司，中化蓝天集团有限公司，中国中化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33