一种高电压锂离子电池电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液制造技术

技术编号:25919405 阅读:25 留言:0更新日期:2020-10-13 10:39
本发明专利技术公开了一种高电压锂离子电池电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液,该添加剂能在电池化成过程中生成稳定的聚噻吩固体电解质膜,抑制正极材料在脱锂状态下的过渡金属析出,减少不可逆容量的损失;同时正极材料在高电压脱锂状态下具有更高的氧化活性,噻吩氧化物生成的固体电解质膜可以很好的阻止电解液与其反应,抑制电解液反应产气导致电池循环恶化,进而提高电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压锂离子电池电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液
本专利技术涉及锂离子电池
,尤其涉及一种高电压锂离子电池电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液。
技术介绍
随着消费者对于纯电动交通工具续航里程的要求越来越高,对于锂离子电池高能量密度的需求也越来越迫切,除了新材料的开发,深度发掘并提高现有材料的能量密度也是重要的研究方向,现有的商用锂离子电池正极材料例如磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料的截止电压一般都没有达到上限,因此提高正极材料的截止电压是提高能量密度的有效手段。然而,提高正极材料的截止电压也会引起一系列的问题。首先,高电压正极材料在脱锂状态下氧化性也会增强,加速与电解液反应导致电解液分解产气,其生成的副产物也会增加电池的内阻,恶化电池的循环性能。其次,高电压正极材料在脱锂状态下自身也很不稳定,特别对于三元材料,容易发生一些副反应(如析氧、过渡金属溶出等现象),造成不可逆容量损失,严重影响电池的循环性能。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题,本专利技术提出了一种高电压锂离子电池电解液添加剂及含该添加剂的锂离子电池电解液,能同时解决正极材料在高电压下与电解液反应导致产气严重和过渡金属溶出,进而提高高电压体系电池的循环稳定性。本专利技术提出的一种高电压锂离子电池电解液添加剂,其结构通式如式(I)所示:其中,R1、R2、R3独立地选自三甲基硅基、腈基、C1-3烷基或C1-3氟代烷基。优选地,所述的高电压锂离子电池电解液添加剂具有如下结构式:一种所述的高电压锂离子电池电解液添加剂的制备方法,包括下述步骤:S1、将3-氧代四氢噻吩-1,1-二氧化物进行加氢还原反应,得到3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物;S2、将3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物进行溴代反应,得到3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物;S3、将3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物进行还原脱溴反应,得到四氢噻吩-1,1-二氧化物;S4、将四氢噻吩-1,1-二氧化物与式(II)所示的化合物进行加成反应,即得;其中,R1、R2、R3独立地选自三甲基硅基、腈基、C1-3烷基或C1-3氟代烷基。所述的高电压锂离子电池电解液添加剂的合成路线如下:优选地,所述的高电压锂离子电池电解液添加剂的制备方法包括下述步骤:S1、以3-氧代四氢噻吩-1,1-二氧化物为原料,以乙醇为溶剂,在雷尼镍的催化下,在氢气气氛中于140-160℃反应1-2h,得到3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物;S2、以3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物为原料,氢溴酸为溴化剂,在90-110℃回流反应0.5-2h,得到3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物;S3、以3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物为原料,叔丁醇为溶剂,在碱催化下常温反应4-6h,得到四氢噻吩-1,1-二氧化物;S4、以苯为溶剂,以三氯化铌为催化剂,以四氢噻吩-1,1-二氧化物与式(II)所示的化合物为原料,在惰性气氛中于70-90℃反应10-16h,即得,其中(C)与式(II)所示的化合物的摩尔比为1:(1.05-1.2);其中,R1、R2、R3独立地选自三甲基硅基、腈基、C1-3烷基或C1-3氟代烷基。优选地,所述步骤S1反应完成后,待反应液冷却至室温,抽滤并用乙醇冲洗,滤液用旋转蒸发仪蒸干,然后用沸腾的苯反复萃取,得到3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物。优选地,所述步骤S2反应完成后,待反应液冷却至室温,加入去离子水搅拌,然后用乙酸乙酯萃取,有机相加入无水Na2SO4干燥,抽滤,用旋转蒸发仪蒸干,然后用苯和石油醚的混合溶剂重结晶,得到3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物。优选地,所述步骤S3反应完成后,加入去离子水搅拌,然后用乙酸乙酯萃取,有机相加入无水Na2SO4干燥,抽滤,用旋转蒸发仪蒸干,然后用苯和石油醚的混合溶剂重结晶,得到四氢噻吩-1,1-二氧化物。优选地,所述步骤S4反应完成后,将反应液抽滤、用旋转蒸发仪蒸干,然后用苯和石油醚的混合溶剂重结晶,即可。一种锂离子电池电解液,包括0.1-5wt%的所述的添加剂。优选地,所述的锂离子电池电解液还包括锂盐电解质、成膜添加剂和有机溶剂。优选地,所述的锂离子电池电解液按质量百分比计,包括下述成分:权利要求1或2所述的添加剂0.1-5wt%、锂盐电解质10-15%、成膜添加剂1-5%、有机溶剂余量。优选地,所述成膜添加剂为硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种或几种。优选地,所述锂盐电解质为氯化锂、氟化锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂等中的一种或几种。优选地,所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃中的一种或几种。一种锂离子电池,包括所述的锂离子电池电解液。本专利技术的有益效果如下:本专利技术合成了一种新型锂离子电池电解液添加剂,其能在电池化成过程中生成稳定的聚噻吩固体电解质膜,抑制正极材料在脱锂状态下的过渡金属析出,减少不可逆容量的损失;同时正极材料在高电压脱锂状态下具有更高的氧化活性,噻吩氧化物生成的固体电解质膜可以很好的阻止电解液与其反应,抑制电解液反应产气导致电池循环恶化,进而提高电池的循环稳定性。具体实施方式下面,通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1制备添加剂1,添加剂1的结构式如下:具体制备方法为:S1、称取3-氧代四氢噻吩-1,1-二氧化物溶于乙醇中,并在氢气气氛下缓慢滴加雷尼镍的水溶液,在高压釜中于150℃反应1.5h,待反应液冷却至室温,抽滤并用乙醇冲洗,滤液用旋转蒸发仪蒸干,然后用沸腾的苯反复萃取,得到3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物;S2、称取3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物加入双口瓶内,加入质量分数为50%的氢溴酸水溶液,在100℃条件下回流反应1h,待反应液冷却至室温,加入去离子水搅拌10min,然后用乙酸乙酯萃取3次,有机相加入无水Na2SO4干燥,抽滤,用旋转蒸发仪蒸干,然后用苯和石油醚的混合溶剂重结晶,得到3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物;S3、称取3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物溶于叔丁醇中,然后缓慢滴加氢氧化钠的叔丁醇溶液,在室温下反应5h,加入去离子水搅拌10min,然后用乙酸乙酯萃取3次,有机相加入无水Na2SO4干燥,抽滤,用旋转蒸发仪蒸干,然后用苯和石油醚的混合溶剂重结晶,得到四氢噻吩-1,1-二氧化物;S4、将四氢噻吩-1,1-二氧化物和三甲硅氧基硅氧烷按照摩尔比1:1.1加入双口瓶中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压锂离子电池电解液添加剂,其特征在于,其结构通式如式(I)所示:/n

【技术特征摘要】
1.一种高电压锂离子电池电解液添加剂,其特征在于,其结构通式如式(I)所示:



其中,R1、R2、R3独立地选自三甲基硅基、腈基、C1-3烷基或C1-3氟代烷基。


2.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池电解液添加剂,其特征在于,具有如下结构式:








3.一种如权利要求1或2所述的高电压锂离子电池电解液添加剂的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
S1、将3-氧代四氢噻吩-1,1-二氧化物进行加氢还原反应,得到3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物;
S2、将3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物进行溴代反应,得到3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物;
S3、将3-溴代四氢噻吩-1,1-二氧化物进行还原脱溴反应,得到四氢噻吩-1,1-二氧化物;
S4、将四氢噻吩-1,1-二氧化物与式(II)所示的化合物进行加成反应,即得;



其中,R1、R2、R3独立地选自三甲基硅基、腈基、C1-3烷基或C1-3氟代烷基。


4.根据权利要求3所述的高电压锂离子电池电解液添加剂的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
S1、以3-氧代四氢噻吩-1,1-二氧化物为原料,以乙醇为溶剂,在雷尼镍的催化下,在氢气气氛中于140-160℃反应1-2h,得到3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物;
S2、以3-羟基四氢噻吩-1,1-二氧化物为原...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵坤高田慧张健梁大宇
申请(专利权)人:合肥国轩高科动力能源有限公司
类型:发明
国别省市:安徽;34

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