电解液添加剂、电解液、锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种电解液添加剂，以及一种电解液，一种锂离子电池。其中，电解液添加剂的结构通式如式I所示：式I中的X、Y、Z分别独立地选自不饱和烃基、叠氮基、烷氧基、苯基、烷基中的一种，且X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。本发明专利技术电解液添加剂，不但可以起到阻燃效果，而且容易在电极表面形成具有很好弹性的SEI膜，可以提高电极材料的循环性能，改善正负极片表面的界面稳定性，阻止溶剂分子在负极表面的还原和正极表面的氧化等特性。应用到电池电解液中可降低电池热失控风险，降低电池的产气，提升电池的安全性能，改善电池的循环和存储稳定性、提高充放电性能。提高充放电性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液添加剂、电解液、锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种电解液添加剂，以及一种电解液，一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池，由于具备比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优点，广泛应用于手机、电脑、相机、电动汽车等领域。随着科学技术的不断发展，各个应用领域对锂离子电池的性能都提出了更高的要求，其中，最为迫切的就是在保证安全的前提下提高锂离子电池的能量密度。目前，行业都在追求更高的锂电池能量密度，这也是反映电池技术的重要指标。需要采用更高克容量的正负极材料，作为目前最能商业化的选择，正极一般采用高镍三元材料或者中镍高电压材料，负极采用硅基材料。其中，正极高镍材料或中镍高电压材料在脱锂后存在对电解液的强氧化性，导致电池产气、金属元素溶出及容量衰减。而负极硅基材料在脱嵌锂的过程中会存在巨大的体积膨胀和收缩，导致其表面的SEI膜非常容易发生破裂，继而发生SEI膜的重复生长，最终导致电池阻抗增大、胀气、容量衰减等一系列问题。
[0003]为此，随之而来的是带来电池的安全性显著下降，经常出现动力电池着火事件。电池热失控研究引起了广泛的研究。目前，虽然在pack层面，如防火材料、BMS系统设计等都对电池包的安全性提升了很多，但这些都没有提升电池的本征安全。单体电池在热失控的时候还是会发生起火爆炸，电池的安全还是存在很大的问题。因此，开发新的高温不胀气，能在高镍三元和中镍高电压等正极材料，以及在硅负极材料表面都能形成良好SEI膜的电解液以及添加剂至关重要。

技术实现思路

>[0004]本专利技术的目的在于提供一种电解液添加剂，以及一种电解液，一种锂离子电池，旨在一定程度上解决现有锂离子电池容易高温胀气，安全性差，循环稳定性差的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供电解液添加剂，添加剂的结构通式如式I所示：
[0007]式I中的X、Y、Z分别独立地选自不饱和烃基、叠氮基、烷氧基、苯基、烷基中的一种，且X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。
[0008]本专利技术电解液添加剂，不但可以起到阻燃效果，而且容易在电极表面发生电化学聚合反应成膜，形成具有很好弹性的SEI膜，可以提高电极材料的循环性能，改善正负极片表面的界面稳定性，阻止溶剂分子在负极表面的还原和正极表面的氧化等特性。应用到电池电解液中可降低电池热失控风险，提升电池的安全性能，改善电池的循环和存储稳定性、提高充放电性能。
[0009]进一步地，不饱和烃基选自乙烯基、丙烯基、乙炔基、丙炔基中的一种；这些烯基、炔基及其衍生基团容易在材料表面发生电聚合，形成稳定的SEI膜。
[0010]进一步地，叠氮基选自
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N3；叠氮基团不仅可以聚合，而且形成的SEI膜组分中还有导锂离子能力非常好的Li3N。
[0011]进一步地，烷氧基选自甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基中的一种；这些短链烷氧基可以提升添加剂对锂盐的溶解性以及添加剂与溶剂的兼容性。
[0012]进一步地，烷基的碳原子数小于等于5，短链烷基可以进一步稳定添加剂结构。
[0013]进一步地，添加剂包括：乙烯基
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硫代磷酸
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二丁基酯、乙烯基
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二(丙烷
‑2‑
氧基)亚砜磷酯、乙烯基
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二甲氧基
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亚砜磷酯、叠氮基
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二乙氧基
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亚砜磷酯、乙烯基
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二苯基
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亚砜磷酯、叠氮基
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乙氧基
‑
苯基
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亚砜磷酯、叠氮基
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乙氧基
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甲基
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亚砜磷酯、叠氮基
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二甲基
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亚砜磷酯中的至少一种。本专利技术这些添加剂，一方面，可以产生含磷自由基，起到阻燃效果，提高电解液安全性能。另一方面，S原子可以毒化正极片中三元高镍材料的活性位点，降低电解液材料对正极的强氧化性，提高极片的循环稳定性能。再一方面，添加中
‑
P＝S结构和不饱和基团具有协同增效作用，容易在电极表面发生电化学聚合反应成膜，形成的SEI膜具有很好的弹性，在材料脱嵌锂的过程中不会发生破裂，因此不会重复生长SEI膜，从而显著提升电极材料的循环性能，改善正负极片表面的界面稳定性，阻止溶剂分子在负极表面的还原和正极表面的氧化，显著提升电池的高温循环和存储性能。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种电解液，电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，添加剂的结构通式如式I所示：
[0015]式I中的X、Y、Z分别独立地选自不饱和烃基、叠氮基、烷氧基、苯基、烷基中的一种，且X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。
[0016]本专利技术第二方面提供的电解液，包括锂盐、有机溶剂和结构通式如式I所示的添加剂，由于该添加剂不但可以起到阻燃效果，而且容易在电极表面发生电化学聚合反应成膜，形成具有很好弹性的SEI膜，可以提高电极材料的循环性能，改善正负极片表面的界面稳定性，阻止溶剂分子在负极表面的还原和正极表面的氧化等特性。因而，本专利技术提供的电解液可显著提升电池的高温循环和存储性能，提高电池的安全性能，以及循环寿命。
[0017]进一步地，电解液中，添加剂的质量百分含量为0.1％～10％；电解液中添加剂的该添加量，使电解液具有最佳的阻燃性能、成膜性能和电化学性能等综合性能。
[0018]进一步地，添加剂包括：乙烯基
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硫代磷酸
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二丁基酯、乙烯基
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二(丙烷
‑2‑
氧基)亚砜磷酯、乙烯基
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二甲氧基
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亚砜磷酯、叠氮基
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二乙氧基
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亚砜磷酯、乙烯基
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二苯基
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亚砜磷酯、叠氮基
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乙氧基
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苯基
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亚砜磷酯、叠氮基
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乙氧基
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甲基
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亚砜磷酯、叠氮基
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二甲基
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亚砜磷酯中的至少一种。本专利技术这些添加剂，一方面，可以产生含磷自由基，起到阻燃效果，提高电解液安全性能。另一方面，S原子可以毒化正极片中三元高镍材料的活性位点，降低电解液材料对正极的强氧化性，提高极片的循环稳定性能。再一方面，添加中
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P＝S结构和不饱和基团具有协同增效作用，容易在电极表面发生电化学聚合反应成膜，形成的SEI膜具有很好的弹性，在材料脱嵌锂的过程中不会发生破裂，因此不会重复生长SEI膜，从而显著提升
电极材料的循环性能，改善正负极片表面的界面稳定性，阻止溶剂分子在负极表面的还原和正极表面的氧化，显著提升电池的高温循环和存储性能。
[0019]进一步地，电解液本文档来自技高网...

【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，所述添加剂的结构通式如式I所示：式I中的X、Y、Z分别独立地选自不饱和烃基、叠氮基、烷氧基、苯基、烷基中的一种，且所述X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。2.如权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述不饱和烃基选自乙烯基、丙烯基、乙炔基、丙炔基中的一种；和/或，所述叠氮基选自
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N3；和/或，所述烷氧基选自甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基中的一种；和/或，所述烷基的碳原子数小于等于5。3.如权利要求1或2所述的电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括：乙烯基
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硫代磷酸
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二丁基酯、乙烯基
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二(丙烷
‑2‑
氧基)亚砜磷酯、乙烯基
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二甲氧基
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亚砜磷酯、叠氮基
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二乙氧基
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亚砜磷酯、乙烯基
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二苯基
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亚砜磷酯、叠氮基
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乙氧基
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苯基
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亚砜磷酯、叠氮基
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乙氧基
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甲基
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亚砜磷酯、叠氮基
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二甲基
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亚砜磷酯中的至少一种。4.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂的结构通式如式I所示：式I中的X、Y、Z分别独立地选自不饱和烃基、叠氮基、烷氧基、苯基、烷基中的一种，且所述X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。5.如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述电解液中，所述添加剂的质量百分含量为0.1％～5％；和/或，所述添加剂包括：乙烯基
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硫代磷酸
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二丁基酯、乙烯基
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二(丙烷
‑2‑
氧基)亚砜磷酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟海敏，
申请(专利权)人：恒大新能源技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：