电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池，其中电解液添加剂包括结构式1所示的化合物：其中R1选自卤素原子、取代或未取代的C1～C12烷基，R2、R3、R4的基团皆与R1相同，X为硫原子、二甲基硅基、亚甲基或C2～C12直链烯烃基，m为0～6的整数。该电解液添加剂有效抑制循环产气，提高锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下的高温存储、循环性能、低温放电性能。低温放电性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有高比能量、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于3C数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域。镍钴锰三元正极材料(NCM材料)由于安全性好以及价格低廉，成为锂离子电池的正极活性材料的首选材料，但随着更高电压体系的锂离子电池发展与普及，对锂离子电池的电性能要求越来越高。
[0003]目前锂离子电池于高电压体系下(4.45V及以上的电压)存在一些挑战：发现在4.45V高电压体系下，高镍三元材料面临高温存储差、循环性能差、循环产气严重的问题。这可能是因为新开发的包覆或掺杂技术不太完善，随着充电电压的提高，三元电极材料的过渡金属溶出越来越严重，另一方面即是电解液的匹配问题，常规的电解液在4.45V高电压下是会在电池正极表面氧化分解的，特别在高温条件下，会加速电解液的氧化分解，同时促使正极材料的恶化反应。
[0004]因此，亟需开发一种能有效抑制循环产气，提高锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下的高温存储、循环性能、低温放电性能的电解液添加剂，进而保证三元锂离子电池电性能的优良发挥。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种电解液添加剂，该电解液添加剂有效抑制循环产气，提高锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下的高温存储、循环性能、低温放电性能。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种含有上述电解液添加剂的电解液，该电解液有效抑制循环产气，提高锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下的高温存储、循环性能、低温放电性能。
[0007]本专利技术的又一目的是提供一种含有上述电解液的锂离子电池，该锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下具有较好的高温存储、循环性能、低温放电性能，且在高温高电压循环过程中产气量较低。
[0008]为实现以上目的，本专利技术提供了一种电解液添加剂，包括结构式1所示的化合物：
[0009][0010]其中R1选自卤素原子、取代或未取代的C1～C12烷基，R2、R3、R4的基团皆与R1相同，X为硫原子、二甲基硅基、亚甲基或C2～C12直链烯烃基，m为0～6的整数。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的电解液添加剂包括结构式1所示的联双磺酰亚胺化合物，其含有2个双磺酰亚胺结构，该结构使得其在界面处发生多步氧化，进一步地提高了电解液的耐氧化性，优化了正极/电解液界面，降低了正极的表面活性，抑制电解液在高电压下的分解，进而有效抑制气体的产生，而且该界面可有效抑制过渡金属(Ni、Co和Mn)溶出，进一步抑制电解液在高电压下的分解，也能抑制阳离子混排；同时其在界面处发生多步氧化形成了更具保护力的电极/电解液界面膜，且该界面膜在高电压下不易分解、稳定性较好，具有良好的传导锂离子通道，不致于在循环过程中产生锂离子通道的坍塌，循环性能得以改善；而且界面膜中含磺酰亚胺成分，具有较为稳定的锂离子传输通道，因此锂离子电池的低温放电性能也得到了提高；另，在两个双磺酰亚胺结构之间引入硫原子、二甲基硅基、亚甲基或直链烯烃基，即引入了硫元素、碳元素或硅元素，这丰富了电极/电解液界面膜组分，进一步改善了界面膜的热稳定性，从而改善了锂离子电池的高温存储性能。
[0012]较佳地，R1选自卤素原子、卤素取代或未取代的C1～C5烷基，X为硫原子、二甲基硅基、亚甲基或C2～C4直链烯烃基，m为0～4的整数。
[0013]较佳地，结构式1所示的化合物选自化合物1～化合物7中的至少一种:
[0014][0015]其中，化合物6可按照如下合成路线制得：
[0016](CH3)2SiCl2+2AgN(SO2CH3)2→
(CH3)2Si(N(SO2CH3)2)2+2AgCl
[0017]为实现以上目的，本专利技术还提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，添加剂包括上述提及的电解液添加剂。
[0018]较佳地，本专利技术的电解液添加剂的质量占锂盐和有机溶剂质量之和的0.1～5.0％。
[0019]较佳地，本专利技术的锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、甲基磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、二草酸硼酸锂(C4BLiO8)、二氟草酸硼酸锂(C2BF2LiO4)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟双草酸磷酸锂(LiDFBP)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。
[0020]较佳地，本专利技术的锂盐于电解液中的浓度为0.5～1.5M。
[0021]较佳地，本专利技术的有机溶剂选自链状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类和杂环化合物的至少一种。
[0022]较佳地，本专利技术的添加剂还包括成膜添加剂，成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、亚乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、1,3丙磺酸内酯(PS)和硫酸乙烯酯(DTD)中的至少一种。成膜添加剂占锂盐和有机溶剂质量之和的0.1～6.0％，成膜添加剂能够进一步地改善锂离子电池的电性能。
[0023]为实现以上目的，本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极和负极，还包括上述提及的电解液，且最高充电电压为4.45V，正极的活性材料包括镍钴锰氧化物材料。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的锂离子电池的电解液中含有上述提及的结构式1所示的化合物，该化合物可在三元正极材料表面发生多步氧化，进一步地提高了电解液的耐氧化性，优化了正极/电解液界面，降低了正极的表面活性，抑制电解液在4.45V高电压高温条件下的分解，进而抑制锂离子电池在高温高电压循环过程中产生气体，而且该界面可有效抑制过渡金属(Ni、Co和Mn)溶出，进一步抑制电解液在高电压下的分解，也能抑制阳离子混排；同时其在三元正极材料表面发生多步氧化形成了更具保护力的电极/电解液界面膜，该界面膜在高电压下不易分解、稳定性较好，具有良好的传导锂离子通道，不致于在4.45V高电压高温的循环过程中产生锂离子通道的坍塌，进而使得锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下的循环性能得以改善；而且界面膜中含磺酰亚胺成分，具有较为稳定的锂离子传输通道，因此锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下的低温放电性能也得到了提高；另，在两个双磺酰亚胺结构之间引入硫原子、二甲基硅基或亚甲基，即引入了硫元素、碳元素、直链烯烃基或硅元素，这丰富了三元正极材料表面的界面膜组分，进一步改善了界面膜的热稳定性，从而改善了锂离子电池于高电压(4.45V及以上)体系下的高温存储性能。
[0025]较佳地，本专利技术的镍钴锰氧化物材料的化学式为LiNi
x
Co
y
Mn(1‑
x
‑
y
)M
z
O2，其中0.6≤x<0.9，x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，包括结构式1所示的化合物：其中R1选自卤素原子、取代或未取代的C1～C12烷基，R2、R3、R4的基团皆与R1相同，X为硫原子、二甲基硅基、亚甲基或C2～C12直链烯烃基，m为0～6的整数。2.如权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，R1选自卤素原子、卤素取代或未取代的C1～C5烷基，X为硫原子、二甲基硅基、亚甲基或C2～C4直链烯烃基，m为0～4的整数。3.如权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述结构式1所示的化合物选自化合物1～化合物7中的至少一种:4.一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括如权利要求1～3任一项所述的电解液添加剂。5.如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂的质量占所述锂盐和所述有机溶剂质量之和的0.1～5.0％。6.如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂和双三氟甲基磺酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧霜辉，王霹霹，白晶，毛冲，黄秋洁，戴晓兵，
申请(专利权)人：珠海市赛纬电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：