一种功能添加剂、电解液及其锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种功能添加剂、电解液及其锂离子电池，所述功能添加剂的结构通式中，R1选自烷基、卤代烷基、含有酰基的烃基、含有酰基的卤代烃基、磺酸酯基或硫酰基中的任意一种；R2选自含有至少一个不饱和碳碳双键和/或三键的烃基；所述功能添加剂能够起到稳定正负极界面和除酸的双功能作用，有效提高了针对三元高电压体系的高温循环和存储性能，在不会恶化电池体系循环性能的基础上，有效抑制了电解液酸度上升，解决了高电压体系释氧带来的高温性能恶化问题。恶化问题。

【技术实现步骤摘要】
一种功能添加剂、电解液及其锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种功能添加剂、电解液及其锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有高比能量、高比容量、长寿命、无记忆效应以及绿色环保等优点，被广泛应用于电子设备、电动工具、电动汽车和智能电网领域。但是，目前锂离子电池的能量密度已经不能满足市场需求，亟需提高锂离子电池的能量密度。目前现有技术中通常采用以下两种方式提高锂离子电池的能量密度，一是改善正负极材料性能和电池的结构，二是提升电池的标称电压；第一种方式往往周期长，成本较高，第二种方式便捷高效，成本较低，因此第二种方式是提高锂离子电池能量密度的重要方式。
[0003]但是，三元高电压电池体系(＞4.3V)存在晶格氧易脱出的问题，脱出的晶格氧具有极强的氧化性，易氧化电解液产生气体和水，使体系HF含量上升，特别是在高温下，晶格氧的释放可能发生在4.3V以下甚至更低电压下，导致电解液酸度快速上升，体系恶化严重，从而使高温性能恶化。现有技术中通常在电解液中加入除酸添加剂来降低电解液的酸度。
[0004]电解液除酸添加剂一般包括：六甲基二硅氮烷(HMDS)、二环己基碳二亚胺(DCC)和三甲基硅基磷酸酯(TMSP)，如CN 106025359A公开的一种锂离子动力电池非水电解液，由溶剂、常用锂盐、正极成膜添加剂、改善循环添加剂和除酸除水添加剂组成，各组分的含量如下：溶剂100重量份；正极成膜添加剂0.2
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10重量份；改善循环添加剂0.2
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10重量份；除酸除水添加剂0.01
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0.5重量份；其通过正极成膜添加剂、改善循环添加剂和除酸除水添加剂的联合使用，初次化成时可以在正极表面形成CEI膜，提高负极SEI膜的稳定性，但是，除酸添加剂的加入往往会导致循环性能恶化，无法得到综合性能优异的锂离子电池。
[0005]基于以上研究，需要提供一种功能添加剂，所述功能添加剂能够降低当前除酸添加剂加入到电解液中带来的负面影响，有效提升三元高电压电解液高温性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种功能添加剂、电解液及其锂离子电池，所述功能添加剂能够起到稳定正负极界面和除酸的双功能作用，有效提高了针对三元高电压体系的高温循环和存储性能，在不会恶化电池体系循环性能的基础上，有效抑制了电解液酸度上升，解决了高电压体系释氧带来的高温性能恶化问题。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种功能添加剂，所述功能添加剂的结构通式如下所示：
[0009][0010]其中，R1选自烷基、卤代烷基、含有酰基的烃基、含有酰基的卤代烃基、磺酸酯基或硫酰基中的任意一种；R2选自含有至少一个不饱和碳碳双键和/或三键的烃基。
[0011]本专利技术所述功能添加剂结构中含不饱和碳碳键，能够被氧化和还原，参与正、负极成膜，成膜后的成分因具有[Si
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O
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R1]结构，因此，使得界面更稳定，在充放电过程中几乎不发生溶解；同时，功能添加剂中的Si
‑
O
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R1基团能够捕获H2O、PF5以及HF等腐蚀性酸，不饱和键能与其他原子成键，利用成键后的共轭效应能进一步捕获PF5等腐蚀性酸，因此，所述功能添加剂能有效结合电解液产生的腐蚀性酸，起到稳定正负极界面和除酸的双功能，有效提高三元高电压体系的高温循环和存储性能。
[0012]优选地，所述R2选自含有至少一个不饱和碳碳三键的烃基。
[0013]本专利技术所述R2优选含有碳碳三键的烃基，由于碳碳三键能发生SP杂化与其他原子成键，具有共轭效应，从而能诱导PF5等腐蚀性酸与含有孤对电子化合物参与成键，并且由于三键的电负性更强，所以功能添加剂中的Si
‑
O基团与PF5的结合作用更强，因此，进一步提升了所述功能添加剂的捕获PF5等腐蚀性酸的能力。
[0014]此外，本申请R2优选为三键的具体原因为对不饱和添加剂分解路径进行DFT计算，当含有不饱和键时，充电过程中不饱和键易受强电负性的氟原子攻击，从而失电子发生氧化反应，这时不饱和键中的π键断裂形成C
‑
F键，从计算反应能垒可以看出C≡C比C＝C易于发生断键聚合，此外，根据杂化轨道理论，C≡C属于sp杂化，C＝C属于sp2杂化，C≡C的电负性强于C＝C且反应活性更高，由于C≡C聚合一次以后仍然还有不饱和双键的存在，所以还可以继续多步聚合直到分子结构中没有不饱和键，因此，三键聚合形成的高聚物极聚合程度较高；而聚合程度越高，正极界面CEI膜在放电过程就越不易溶解在电解液中从而表现出界面稳定性，这也就是为什么不饱和程度越高，各电化学性能(循环稳定性、抑制副反应发生的程度、抑制过渡金属离子溶出和降低阻抗作用)均随不饱和度呈梯度增加的原因。
[0015]优选地，所述R2中的不饱和碳碳双键和/或三键位于结构末端。
[0016]本专利技术所述R2中的不饱和键优选位于端基，端基处的不饱和键更易于杂化成键，同时端基为电负性更高的不饱和键能够进一步提升功能添加剂对于腐蚀性酸的捕获能力。
[0017]优选地，所述R2选自乙炔基、丙炔基、1
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丁炔基、2
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丁炔基或异丁炔基中的任意一种。
[0018]优选地，所述R1选自氟代烷基或含有酰基的烃基。
[0019]本专利技术所述R1优选氟代烷基或含有酰基的烃基基团能够更高的发挥添加剂的作用，提升电化学性能。
[0020]优选地，所述含有酰基的烃基包括乙酰基、丙酰基或异丁酰基中的任意一种。
[0021]优选地，所述含有酰基的卤代烃包括氟代乙酰基、氟代丙酰基或氟代异丁酰基中的任意一种。
[0022]优选地，所述功能添加剂包括化合物1
‑
11中的任意一种或至少两种的组合，所述化合物1
‑
11的结构式如下所示：
[0023][0024]第二方面，本专利技术提供了一种电解液，所述电解液包括如第一方面所述的功能添加剂。
[0025]优选地，所述功能添加剂在电解液中的质量百分数为0.2
‑
1.0wt％，例如可以是0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1.0wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0.3
‑
0.5wt％。
[0026]本专利技术所述电解液中，功能添加剂的含量占比优选为0.3
‑
0.5wt％，超过0.5wt％后，虽然对酸度的抑制有作用，但会影响循环性能，含量过低时则功能添加剂的作用无法有效发挥。
[0027]优选地，所述电解液还包括碳酸酯类添加剂、锂盐添加剂和含硫添加剂。
[0028]优选地，所述碳酸酯类添加剂在电解液中的质量百分数为0.2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能添加剂，其特征在于，所述功能添加剂的结构通式如下所示：其中，R1选自烷基、卤代烷基、含有酰基的烃基、含有酰基的卤代烃基、磺酸酯基或硫酰基中的任意一种；R2选自含有至少一个不饱和碳碳双键和/或三键的烃基。2.根据权利要求1所述的功能添加剂，其特征在于，所述R2选自含有至少一个不饱和碳碳三键的烃基；优选地，所述R2中的不饱和碳碳双键和/或三键位于结构末端；优选地，所述R2选自乙炔基、丙炔基、1
‑
丁炔基、2
‑
丁炔基或异丁炔基中的任意一种。3.根据权利要求1或2所述的功能添加剂，其特征在于，所述R1选自氟代烷基或含有酰基的烃基；优选地，所述含有酰基的烃基包括乙酰基、丙酰基或异丁酰基中的任意一种；优选地，所述含有酰基的卤代烃包括氟代乙酰基、氟代丙酰基或氟代异丁酰基中的任意一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的功能添加剂，其特征在于，所述功能添加剂包括化合物1
‑
11中的任意一种或至少两种的组合，所述化合物1
‑
11的结构式如下所示：
5.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括如权利要求1
‑
4任一项所述的功能添加剂。6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述功能添加剂在电解液中的质量百分数为0.2
‑
1.0wt％，优选为0.3
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0.5wt％；优选地，所述电解液还包括碳酸酯类添加剂、锂盐添加剂和含硫添加剂；优选地，所述碳酸酯类添加剂在电解液中的质量百分数为0.2
‑
1.0wt％；优选地，所述锂盐添加剂在电解液中的质量百分数为0.5
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1.0wt％；优选地，所述含硫添加剂在电解液中的质量百分数为0.5
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2.0wt％。7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述碳酸酯类添加剂包括碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟霞，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：