一种高电压电解液添加剂组合物、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高电压电解液添加剂组合物、电解液及锂离子电池，所述电解液添加剂组合物包括：如下式(I)所示的第一添加剂：以及选自下式(II)和/或(III)所示结构的第二添加剂：所述电解液添加剂组合物用于锂离子电池电解液中，可以同时提升锂离子电池的高温存储性能、高温循环性能和常温循环性能。高温循环性能和常温循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压电解液添加剂组合物、电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，尤其是锂离子电池，特别涉及一种同时提升高电压锂离子电池高温存储性能、高温循环性能和常温循环性能的电解液添加剂组合物及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应、无污染、自放电小等优点，被广泛用于3C、储能、动力电池等领域。电解液是锂离子电池关键材料之一，其作用不可忽视，添加剂是电解液的重要组成部分，是改善电池性能最经济且行之有效的方法。
[0003]锂离子电池在高温存储过程中容易产气、内阻增长、容量衰减、甚至引起安全性问题，这些是目前业界较难攻克的新能源动力体系的痛点，尤其是在高能量密度体系的高电压电池中，由于正极结构的不稳定导致金属离子溶出并沉积到负极，破坏SEI膜，从而引起电池结构的损坏以及电池性能的衰减。
[0004]为了解决上述问题，现有研究中，主要通过使用成膜添加剂和高电压溶剂两种方法来改善电池的高温存储性能：
[0005](1)使用成膜添加剂：专利CN109860709B、CN109148951B和CN107004901B等研究中，均使用了成膜添加剂碳酸亚乙酯(VC)来解决界面问题，从而提升电池高温存储性能，但由于VC或其氧化/还原产物耐高压性能较差，在极化较大的多晶高电压材料中易彻底反应生成二氧化碳等气体，生成的界面膜结构不稳固，在某些特定的高电压电池体系中甚至会劣化电池的高温存储性能。
[0006](2)使用高电压溶剂：专利JP2015195180A、CN103875116B、CN108780922A和CN109155438A公开了一类环状氟代醚类化合物，使用该类化合物作为电解液溶剂(使用量>10wt％)，提升电解液和正极材料在高电压下的稳定性。但其缺点在于，氟元素具有强吸电子效应，离散了溶剂分子的电子云密度分布，使得溶剂分子不易参与锂盐的解离和溶剂化过程，从而降低电解液电导率，同时又增加了电解液粘度。
[0007]也即，现有技术中并未提出能同时解决高电压电池体系高温存储性能、高温循环性能和常温循环性能的技术方案。这是由于负极成膜类添加剂一般要求化合物具有较高的反应活性，这就导致电池内阻增大，而提升常温性能添加剂又要求化合物在成膜过程中尽可能降低电池内阻，这两者很难同时实现；另一方面，含氟添加剂存在黏度大、溶盐能力若等方面的问题，对电池的常温、高温性能均会产生一定的负面作用。也有现有技术采用多种添加剂结合使用的形式以同时解决电池多方面性能，但添加剂本身反应活性较强，不同添加剂之间易于相互发生反应，从而影响电池性能。这类添加剂组合的使用往往局限于特定配方和配比，在实际工业化应用中的意义不大。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种能显著提升高电压锂离子电池高温存储过程中的容量保持、容量恢复，抑制高温存储过程中的内阻增长和体积增长，且同时改善
电池高温循环和常温循环的电解液添加剂组合物，所述电解液添加剂组合物应用范围广，相互间不发生反应。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种高电压电解液添加剂组合物，所述电解液添加剂组合物包括：
[0011]第一添加剂，所述第一添加剂的结构如下式(I)所示：
[0012][0013]式中，R1选自C1
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C5亚烷基、C2
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C6亚烯基、C2
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C6亚炔基、C3
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C6亚异烷基、C3
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C6亚异烯基、C3
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C6亚异炔基，R1中的氢可以被氟、氰基、烷氧基、苯基、苯氧基、氟苯基取代；R2、R3独立地选自氟、氰基、C1
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C5烷基、C2
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C6烯基、C2
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C6炔基、C3
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C6异烷基、C3
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C6异烯基、C3
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C6异炔基，R2、R3中的氢可以被氟、氰基、烷氧基、苯基、苯氧基、氟苯基取代；且R1、R2、R3中至少包含三个氟原子；
[0014]第二添加剂，所述第二添加剂选自下式(II)和/或(III)所示的结构：
[0015][0016]式中，R4、R5独立地选自氢、C1
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C3烷基、C2
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C4烯基、C2
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C4炔基、C3
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C5异烷基、C3
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C5异烯基、C3
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C5异炔基，R4、R5上的氢可以被烷氧基或卤素取代；R6、R7独立地选自氢、氟、氯、C1
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C3烷基、C2
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C4烯基、C2
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C4炔基、C3
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C5异烷基、C3
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C5异烯基、C3
‑
C5异炔基，R6、R7上的氢可以被烷氧基或卤素取代。
[0017]作为优选，R1选自C1
‑
C3亚烷基、C2
‑
C4亚烯基、C2
‑
C4亚炔基、C3
‑
C5亚异烷基、C3
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C5亚异烯基、C3
‑
C5亚异炔基，R1中的氢可以被氟取代；
[0018]作为优选，R2、R3独立地选自氟、C1
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C3烷基、C2
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C4烯基、C2
‑
C4炔基、C3
‑
C5异烷基、C3
‑
C5异烯基、C3
‑
C5异炔基，R2、R3中的氢可以被氟取代。
[0019]作为优选，R4、R5独立地选自氢、C1
‑
C2烷基。
[0020]作为优选，R6、R7独立地选自氢、氟、C1
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C2烷基、C2
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C3烯基、C3
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C4异烷基、C3
‑
C4异烯基。
[0021]为了提升添加剂反应后所形成界面膜的稳定性，降低添加剂可燃性，所述第一添加剂中，R2与R3相同，且氟原子数不超过12个；所述第二添加剂中氟原子数不超过6个。
[0022]作为优选，第一添加剂选自以下以下结构中的至少一种：
[0023][0024]所述第二添加剂选自以下结构中的至少一种：
[0025][0026][0027]为了让上述添加剂组合物更好地发挥协同作用，共同成膜，同时兼顾电池的高温存储性能和循环稳定性，所述第一添加剂与第二添加剂的质量配比为1：5～5：1。优选地，所述第一添加剂与第二添加剂的质量配比为1:2～2:1。
[0028]本专利技术所述电解液添加剂组合物用于电解液中时，所述第一添加剂在电解液中的添加量为0.05～5.0％，所述第二添加剂在电解液中的添加量为0.05％～10.0％。作为优选，所述第一添加剂在电解液中的添加量为0.2～2.0％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压电解液添加剂组合物，其特征在于：所述电解液添加剂组合物包括：第一添加剂，所述第一添加剂的结构如下式(I)所示：式中，R1选自C1
‑
C5亚烷基、C2
‑
C6亚烯基、C2
‑
C6亚炔基、C3
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C6亚异烷基、C3
‑
C6亚异烯基、C3
‑
C6亚异炔基，R1中的氢可以被氟、氰基、烷氧基、苯基、苯氧基、氟苯基取代；R2、R3独立地选自氟、氰基、C1
‑
C5烷基、C2
‑
C6烯基、C2
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C6炔基、C3
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C6异烷基、C3
‑
C6异烯基、C3
‑
C6异炔基，R2、R3中的氢可以被氟、氰基、烷氧基、苯基、苯氧基、氟苯基取代；且R1、R2、R3中至少包含三个氟原子；第二添加剂，所述第二添加剂选自下式(II)和/或(III)所示的结构：式中，R4、R5独立地选自氢、C1
‑
C3烷基、C2
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C4烯基、C2
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C4炔基、C3
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C5异烷基、C3
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C5异烯基、C3
‑
C5异炔基，R4、R5上的氢可以被烷氧基或卤素取代；R6、R7独立地选自氢、氟、氯、C1
‑
C3烷基、C2
‑
C4烯基、C2
‑
C4炔基、C3
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C5异烷基、C3
‑
C5异烯基、C3
‑
C5异炔基，R6、R7上的氢可以被烷氧基或卤素取代。2.根据权利要求1所述的高电压电解液添加剂组合物，其特征在于：R1选自C1
‑
C3亚烷基、C2
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C4亚烯基、C2
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C4亚炔基、C3
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C5亚异烷基、C3
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C5亚异烯基、C3
‑
C5亚异炔基；R2、R3独立地选自氟、C1
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C3烷基、C2
‑
C4烯基、C2
‑
C4炔基、C3
‑
C5异烷基、C3
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C5异烯基、C3
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C5异炔基；R4、R5独立地选自氢、C1
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C2烷基；R6、R7独立地选自氢、氟、C1
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C2烷基、C2
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C3烯基、C3
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C4异烷基、C3
‑
C4异烯基。3.根据权利要求2所述的高电压电解液添加剂组合物，其特征在于：所述第一添加剂选自以下结构中的至少一种：
所述第二添加剂选自以下结构中的至少一种：所述第二添加剂选自以下结构中的至少一种：4.根据权利要求1
‑
3任一所述的高电压电解液添加剂组合物，其特征在于：所述第一添加剂与第二添加剂的质量配比...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国强，沈旻，江依义，郭天佐，陈浩，宋半夏，李南，
申请(专利权)人：浙江中蓝新能源材料有限公司中化蓝天集团有限公司，
类型：发明
国别省市：