一种多功能电解液添加剂、电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多功能电解液添加剂、电解液及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的多功能电解液添加剂，包括负极成膜添加剂VC，正极成膜添加剂1,3

【技术实现步骤摘要】
一种多功能电解液添加剂、电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种多功能电解液添加剂、电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种发展迅猛的储能装置，因具有较高的能量密度、优异的循环性能而广泛应用于3C领域以及动力电池领域。然而近年来动力电池的里程焦虑、使用寿命等因素在一定程度上限制了其发展；手机爆炸、电动自行车爆炸、新能源汽车起火等事件，也引发了人们对锂离子电池安全性的担忧。
[0003]锂离子电池单体主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成，其中电解液通常由锂盐、易燃性有机溶剂按照一定比例配制而成，被称为锂离子电池的“血液”，与电池循环寿命、高低温性能、安全性等密切相关。常规循环状况下，电解液会在正负极表面发生副反应而导致电池电化学性能的衰减；当电池发生过充、内短路等情况导致热失控时，热量迅速累积，可能导致电解液燃烧，电池组起火爆炸。为了克服上述缺陷，领域内研究者进行了大量研究。其中，电解液添加剂即是一项重要的研究内容。
[0004]常见的电解液添加剂有成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂等。其中，防过充添加剂主要有氧化还原对添加剂、电聚合添加剂和气体发生添加剂。氧化还原对添加剂氧化电势一般较低，防过充能力有限；常规电聚合添加剂虽可有效缓解过充造成的安全问题，但是由于需添加较高浓度才能发挥作用，这严重影响了电池性能的正常发挥。同时，为了追求更高的能量密度，正极材料中镍含量也不断提高，材料的稳定性与耐热性逐步下降。现在的电解液添加剂已不能满足三元高镍体系(如NCM811)电池严苛的过充测试要求；也不能满足协同配合，提升锂离子电池综合性能的要求。因此寻找和设计安全有效、对电性能无负面影响且又成本低的多功能添加剂，是一项极具挑战又非常重要的工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种多功能电解液添加剂。
[0007]本专利技术的第二方面提供了一种包含所述多功能电解液添加剂的电解液。
[0008]本专利技术的第三方面提供了一种包含所述多功能电解液添加剂的电解液的制备方法。
[0009]本专利技术的第四方面提供了一种包含所述多功能电解液添加剂的电池。
[0010]本专利技术的第五方面提供了一种多功能电解液添加剂在电动自行车和新能源汽车领域中的应用。
[0011]一种多功能电解液添加剂，由碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3丙烷磺酸内酯(1,3
‑
PS)、丙酸乙酯(EP)、2,5
‑
二叔丁基
‑
1,4
‑
二甲氧基苯(DDB)和4
‑
溴
‑
苄基异氰酸酯(Br
‑
BIC)组成。
[0012]根据本专利技术的一种实施方式，所述的多功能电解液添加剂，以质量份计，由32～48
份的VC、4～16份的1,3
‑
PS、20～40份的EP、4～16份的DDB和4～16份的Br
‑
BIC组成。
[0013]根据本专利技术的一种实施方式，所述的多功能电解液添加剂，以质量份计，由35～45份的VC、8～12份的1,3
‑
PS、25～35份的EP、8～12份的DDB和8～12份的Br
‑
BIC组成。
[0014]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述的多功能电解液添加剂，以质量份计，由40份的VC、10份的1,3
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PS、30份的EP、10份的DDB和10份的Br
‑
BIC组成。
[0015]所述VC既是有机成膜添加剂，又是防过充添加剂；VC在负极侧发挥成膜添加剂的作用，当电位约为1.02V时，VC中的C＝C键被还原，发生自由基聚合反应，生成的聚合物可提升SEI膜的稳定性、降低阻抗，进而提高电池的容量、循环寿命、高低温性能与安全性能；VC在正极侧发挥防过充添加剂的作用，当电位＞4.5V时，VC添加剂可以在正极表面被氧化，形成高阻抗膜，提升电池的安全性能。
[0016]所述EP可提升锂离子电池的高、低温性能。低温下锂离子电池性能差的原因主要有：(1)电解液的粘度增大，离子电导率降低；(2)电解液/电极界面膜阻抗和电荷转移阻抗增大；(3)锂离子在电极材料中的迁移率降低。而EP在低温下粘度低，部分克服了上述问题，因此添加EP可提升锂离子电池的低温性能。高温下锂离子电化学性能差的原因之一是高温会加速电解液的自身分解失效以及与正/负极反应的失效，例如，高温可加速电解液在正极表面的氧化，进而提升电池阻抗，同时产生气提降低电池安全性能。而EP可抑制电解液在正极上的氧化反应，进而改善高温下电池的循环性能。
[0017]所述1,3
‑
PS，是一种正极成膜添加剂，可在充放电过程中，于正极表面成膜，抑制正极表面副反应以及金属离子的溶解，进而防止气胀现象，提升电池安全性。
[0018]所述DDB是一种氧化还原对型防过充添加剂。DDB防过充的机理是：在充电过程中，DDB在正极表面被氧化，生成的活性分子经隔膜扩散到负极表面被还原，即DDB在正负极间建立了氧化还原平衡；扩散过程中，活性分子可与电解液中过剩的带电离子、基团反应，起到保护电解液的作用；此外，DDB的一次氧化电势为3.9V，二次氧化电势为4.5V，可有效防过充，且性能稳定、阻抗低，不影响电池的综合性能。DDB的良好可逆性，有效弥补了电聚合型防过充添加剂不可逆的缺点。
[0019]所述Br
‑
BIC是一种电聚合型防过充添加剂。Br
‑
BIC添加剂防过充的原理是：Br
‑
BIC发生电化学聚合反应的电势是5.5V，当电池过充电位≥5.5V时，Br
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BIC发生聚合，在正极表面或靠近正极的隔膜表面形成高阻抗的绝缘膜，降低隔膜电导率，减小电流，从而起到保护电极、提高电池安全性的作用；Br
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BIC中的溴离子可吸收多余电子。Br
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BIC发生电聚合反应的电势较高，可弥补氧化还原对型防过充添加剂作用电压较低的缺点。
[0020]所述DDB的防过充作用电位略高于锂离子电池的工作电位，所述的Br
‑
BIC防过充作用电位略高于DDB的防过充作用电位，两者联用，扩宽了多功能电解液添加剂防过充的作用电位，提升了电解液的安全性能。且DDB和Br
‑
BIC均不与电解液的其他组分发生化学或电化学反应，对电池综合性能无负面影响。
[0021]所述多功能电解液添加剂，包括负极成膜添加剂VC，正极成膜添加剂1,3
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PS，粘度调节剂EP以及防过充添加剂VC、DDB和Br
‑
BIC，可有效提升包含多功能电解液添加剂的电池的防过充性能、循环寿命、倍率性能、低温性能和安全性能。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能电解液添加剂，其特征在于，由碳酸亚乙烯酯、1,3丙烷磺酸内酯、丙酸乙酯、2,5
‑
二叔丁基
‑
1,4
‑
二甲氧基苯和4
‑
溴
‑
苄基异氰酸酯组成。2.根据权利要求1所述的多功能电解液添加剂，其特征在于，以质量份计，由32～48份的碳酸亚乙烯酯、4～16份的1,3丙烷磺酸内酯、20～40份的丙酸乙酯、4～16份的2,5
‑
二叔丁基
‑
1,4
‑
二甲氧基苯和4～16份的4
‑
溴
‑
苄基异氰酸酯组成。3.根据权利要求1所述的多功能电解液添加剂，其特征在于，以质量份计，由35～45份的碳酸亚乙烯酯、8～12份的1,3丙烷磺酸内酯、25～35份的丙酸乙酯、8～12份的2,5
‑
二叔丁基
‑
1,4
‑
二甲氧基苯和8～12份的4
‑
溴
‑
苄基异氰酸酯组成。4.一种包含如权利要求1至3任一项所述多功能电解液添加剂的电解液，其特征在于，由六氟磷酸锂、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯和所述多功能电解液添加剂组成。5.根据权利要求4所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊华，孔东波，张利娟，李海杰，王郝为，郭飞，闫国峰，宋东亮，王亚洲，侯红歧，韩飞，乔文忠，
申请(专利权)人：湖南博信新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：