锂电池电解液的多功能添加剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种锂电池电解液的多功能添加剂及其制备方法和应用，所述多功能添加剂为含硅基苯磺酯化合物，结构通式为：

【技术实现步骤摘要】
锂电池电解液的多功能添加剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂电池电解液的多功能添加剂及其制备方法和应用。
技术介绍
离子电池被广泛地应用于人们的生活中，随着市场的不断发展，提高电池的能量密度至关重要。目前提高电池的能量密度，主要采用高比容量材料或高电压正极材料，比如高镍三元材料、高电压钴酸锂、富锂材料等。限制锂离子电池性能的一个关键因素是正极材料，正极在使用过程中会出现：电解液分解、过渡金属离子溶解、副产物破坏固态电解质界面(SEI)膜、HF对电极材料的腐蚀等问题。针对目前正极材料的问题，一般使用在电解液中添加添加剂来解决。现有添加剂基本上都是针对某个单一问题，比如噻吩类不饱和键聚合类来解决正极稳定性和降低副反应，但其不能用于消除电解液中的H2O造成的六氟磷酸锂产生的HF对电极材料的腐蚀问题。为了解决上述的多种问题，目前的实际采用多种添加剂的复合，比如实际配方中会同时加入碳酸酯类的碳酸亚乙烯酯(VC)、含硫类硫酸乙烯酯(DTD)、含不饱和键聚合物类的噻吩、含硅类的三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)等。在当添加剂复合种类比较多时，会影响电解液的电导率，而且成本较高。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种锂电池电解液的多功能添加剂及其制备方法和应用，多功能添加剂的合成方法简单，原料易得，可规模化生产；添加剂属多功能型，同时含有硅基、不饱和聚合物和含硫官能团，其中，含有的不饱和键可以缩聚合成导电聚合物膜、硅基可以消耗HF从而降低HF对电极的腐蚀、含硫官能团可以用于产生Li2SO3和(RSO3Li)2，使电池的存储和循环性能有所提升，同时对降低界面阻抗也有一定效果。第一方面，本专利技术实施例提供了一种锂电池电解液的多功能添加剂，其特征在于，所述多功能添加剂为含硅基苯磺酯化合物，结构通式为：R1为-S-中的一种；R2为含有Si原子化合物；R3为含有不饱和键的芳基或杂芳基中的一种。优选的，所述Si原子化合物包括烷烃硅化合物、含芳基硅化合物或含氟硅化合物中的任一种；所述芳基包括苯基、蒽基、萘基或联苯基中的任一种；所述杂芳基的碳原子数为3至20，包括O，S，P，N的1-3个杂原子；，所述杂芳基具体包括吡啶基、吲哚基、吡咯基、咪唑基、噻吩基、呋喃基、1,2-噻唑基、1,3-噻唑基、1,2,3-噁二唑基、1,2,4-噁二唑基、噻二唑基、1,2,3-三唑基、1,2,4-三唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、1,3,5-三嗪基、1,2,4-三嗪基、1,2,3-三嗪基、吲哚、异吲哚、苯并咪唑、萘并咪唑、菲并咪唑、苯并三唑、苯并噁唑、萘并噁唑，菲并噁唑、苯并噻二唑基、苯并三唑基、喹啉基、异喹啉基、苯并吡嗪基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、苯并吡咯基、咔唑基、萘并噻二唑基中的任一种。优选的，所述含硅基苯磺酯化合物具体包括：中的任一种。第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的多功能添加剂的制备方法，所述方法包括：在惰性环境下，在反应器中首先通入四氢呋喃，然后依次通入苯磺酸或苯亚磺酸或苯次磺酸中的一种、三乙胺；保持反应体系温度在0-5℃，不断搅拌下缓慢加入三甲基硅基氯磺酸，并在室温下持续搅拌一段时间后，过滤去除三乙胺盐酸盐白色沉淀；多次减压蒸馏去除滤液中低沸点的三乙胺、三甲基硅基氯磺酸、四氢呋喃，洗涤后得到所述多功能添加剂。第三方面，本专利技术实施例提供了一种电解液，所述电解液包括上述第一方面所述的多功能添加剂。优选的，所述电解液还包括：锂盐电解质、有机溶剂和辅助添加剂；所述多功能添加剂的加入量占所述电解液的总质量的0.1wt％～2wt％。优选的，所述锂盐电解质包括：六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂和双(氟磺酰亚胺)锂中的一种或多种；所述有机溶剂包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲脂、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、1，4-丁内酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯，及其卤代衍生物中的一种或多种的混合物；所述辅助添加剂包括：碳酸亚乙烯基酯、乙烯基碳酸亚乙酯、乙烯基乙酸乙烯脂、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、丙烯基-1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯、六甲基二硅氮烷、三氟甲基磺酸亚胺镁、三(五氟化苯基)硼、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、腈类、砜类、酸酐中的一种或多种。第四方面，本专利技术实施例提供了一种锂电池，包括上述第三方面所述的电解液。本专利技术实施例提供的多功能添加剂，合成方法简单，原料易得，可规模化生产；添加剂属多功能型，同时含有硅基、不饱和聚合物和含硫官能团，其中，含有的不饱和键可以缩聚合成导电聚合物膜、硅基可以消耗HF从而降低HF对电极的腐蚀、含硫官能团可以用于产生Li2SO3和(RSO3Li)2，使电池的存储和循环性能有所提升，同时对降低界面阻抗也有一定效果。需要说明的是，(RSO3Li)2中的R是指有机官能团，可能是某种单一官能团，也可能是开环或聚合的有机物质。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为对本专利技术实施例1提供的多功能添加剂用超导核磁共振波谱(NMR)打1H谱进行结构表征的测试结果图；图2为对本专利技术实施例2提供的多功能添加剂用超导核磁共振波谱(NMR)打1H谱进行结构表征的测试结果图；图3为对本专利技术实施例3提供的多功能添加剂用超导核磁共振波谱(NMR)打1H谱进行结构表征的测试结果图。具体实施方式下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。本专利技术的锂电池电解液的多功能添加剂，为含硅基苯磺酯化合物，同时含有硅基、不饱和聚合物和含硫官能团，结构通式为：其中R1为-S-中的一种；R2为含有Si原子化合物；具体的，Si原子化合物包括烷烃硅化合物、含芳基硅化合物或含氟硅化合物中的任一种；R3为含有不饱和键的芳基或杂芳基中的一种；具体的，所述芳基包括苯基、蒽基、萘基或联苯基中的任一种；所述杂芳基的碳原子数为3至20，包括O，S，P，N的1-3个杂原子；，所述杂芳基具体包括吡啶基、吲哚基、吡咯基、咪唑基、噻吩基、呋喃基、1,2-噻唑基、1,3-噻唑基、1,2,3-噁二唑基、1,2,4-噁二唑基、噻二唑基、1,2,3-三唑基、1,2,4-三唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、1,3,5-三嗪基、1,2,4-三嗪基、1,2,3-三嗪基、吲哚、异吲哚、苯并咪唑、萘并咪唑、菲并咪唑、苯并三唑、苯并噁唑、萘并噁唑，菲并噁唑、苯并噻二唑基、苯并三唑基、喹啉基、异喹啉基、苯并吡嗪基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、苯并吡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池电解液的多功能添加剂，其特征在于，所述多功能添加剂为含硅基苯磺酯化合物，结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种锂电池电解液的多功能添加剂，其特征在于，所述多功能添加剂为含硅基苯磺酯化合物，结构通式为：
R1为-S-中的一种；
R2为含有Si原子化合物；
R3为含有不饱和键的芳基或杂芳基中的一种。


2.根据权利要求1所述的多功能添加剂，其特征在于，所述Si原子化合物包括烷烃硅化合物、含芳基硅化合物或含氟硅化合物中的任一种；
所述芳基包括苯基、蒽基、萘基或联苯基中的任一种；
所述杂芳基的碳原子数为3至20，包括O，S，P，N的1-3个杂原子；，所述杂芳基具体包括吡啶基、吲哚基、吡咯基、咪唑基、噻吩基、呋喃基、1,2-噻唑基、1,3-噻唑基、1,2,3-噁二唑基、1,2,4-噁二唑基、噻二唑基、1,2,3-三唑基、1,2,4-三唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、1,3,5-三嗪基、1,2,4-三嗪基、1,2,3-三嗪基、吲哚、异吲哚、苯并咪唑、萘并咪唑、菲并咪唑、苯并三唑、苯并噁唑、萘并噁唑，菲并噁唑、苯并噻二唑基、苯并三唑基、喹啉基、异喹啉基、苯并吡嗪基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、苯并吡咯基、咔唑基、萘并噻二唑基中的任一种。


3.根据权利要求1所述的多功能添加剂，其特征在于，所述含硅基苯磺酯化合物具体包括：


中的任一种。


4.一种上述权利要求1-3任一所述的多功能添加剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在惰性环境下，在反应器中首先通入四氢呋喃，然后依次通入苯磺酸或苯亚磺酸或苯次磺酸中的一种、三乙胺；
保持反应体系温度在0-5℃，不断搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建，李立飞，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32