一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池。所述电解液添加剂，包括具有如结构式Ⅰ所示的化合物，结构式Ⅰ中A1、A2、A3、A4分别独立地选自C0～10的亚烷基、亚烷氧基、卤代亚烷基或卤代亚烷氧基中的一种。本发明专利技术中的电解液添加剂包括三个氰基，可以与正极材料中的高价金属离子形成稳定的配位化合物，抑制正极界面副反应的发生，提高电解液在高电压下的氧化稳定性；同时还具有醚类物质的高Li

【技术实现步骤摘要】
一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子便携设备和电动汽车的广泛应用，人们对锂离子电池的能量密度和寿命要求越来越高。目前提高电池工作电压是提高电池能量密度的重要手段。但是当电池工作电压大于4.2V时，随之而来的问题也逐渐凸显。在高压下，正极活性材料的氧化活性较高，其与电解液之间的反应性增加，加剧了电解液的氧化分解反应，电解液的氧化分解产物不断在正极表面沉积，增加了电池内阻和厚度；此外，高电压下，电解液中的锂盐极容易分解产生HF，HF会腐蚀正极，正极钴酸锂材料会出现不完全可逆的结构相变，并伴随着体积的变化造成结构的破坏。同时，腐蚀现象导致Co离子从正极钴酸锂材料中溶解并沉积在负极，使固液界面副反应增多，而晶格氧会参与电荷补偿，使正极产生氧气，从而进一步氧化电解液，使电池的性能和安全性下降。
[0003]使用电解液添加剂是规避上述问题、提高锂离子电池性能的经济且有效的方法之一。其中腈类添加剂如SN、ADN和HTCN，因氰基具有良好的抗氧化性且能与Co离子形成稳定的络合，可有效抑制正极界面副反应的发生，现已广泛应用于4.4V锂电池中。然而对于更高电压(4.45V及以上)体系，锂电池的循环性能与高温性能仍然具有挑战。多氰基添加剂具有更灵活的配位能力，得到了研究人员的广泛关注。如中国专利技术专利CN113013489A、CN112467219A、CN114006045A中提到了多氰基添加剂。但是其对锂电池循环性能、高温性能和倍率性能的提升还不够，难以满足智能手机、平板电脑等电子数码产品对电池的能量密度的高要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池。提高锂电池循环性能、高温性能和倍率性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下的技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种电解液添加剂，包括具有如结构式Ⅰ所示的化合物：
[0007][0008]结构式Ⅰ中A1、A2、A3、A4分别独立地选自C0～10的亚烷基、亚烷氧基、卤代亚烷基
或卤代亚烷氧基中的一种。
[0009]进一步的，所述结构式Ⅰ为以下化合物中的任意一种：
[0010][0011][0012]第二方面，本专利技术提供一种电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括上述电解液添加剂和常规添加剂。
[0013]进一步的，所述有机溶剂的质量占电解液总质量的60％～80％。
[0014]进一步的，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸甲酯(MP)、乙酸丙酯(PA)、乙酸乙酯(EA)、丁酸乙酯(EB)、γ
‑
丁内酯(GBL)、γ
‑
戊内酯(GVL)、δ
‑
戊内酯(DVL)中的任意一种或两种以上的组合。
[0015]更优选的，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸丙酯(PP)、丙酸乙酯(EP)中的三种以上的组合。
[0016]进一步的，所述锂盐的质量占电解液总质量的10％～20％。
[0017]进一步的，所述锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)。
[0018]进一步的，所述锂盐还包括二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、二氟草酸磷酸锂(LiDFOP)和四氟草酸
磷酸锂(LiTFOP)中的任意一种或两种以上的组合。
[0019]更优选的，所述锂盐包括LiPF6、LiPO2F2、LiODFB中至少两种的组合。
[0020]进一步的，所述添加剂的质量为电解液总质量的8％～20％。
[0021]进一步的，所述电解液添加剂的质量为电解液总质量的1％～5％。
[0022]进一步的，所述常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3
‑
丙烷磺酸内酯(PS)、己二腈(ADN)、丁二腈(SN)、乙二醇双丙腈醚(DENE)、1,3,6
‑
已烷三腈(HTCN)、碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸乙烯酯(DTD)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1，3
‑
磺酸内酯(PST)、氟苯(FB)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)和甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)中的任意一种或两种以上的组合。
[0023]第三方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述电解液。
[0024]进一步的，所述锂离子电池还包括正极、负极和隔膜。
[0025]进一步的，所述正极中的活性材料包括LiCO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNi
x
Co
y
Mn
z
M1‑
x
‑
y
‑
z
O2或LiNi
x
Co
y
Al
z
N1‑
x
‑
y
‑
z
O2中的一种或多种；其中，M和N分别独立地选自Co、Ni、Mn、Mg、Al、Mo、B、Zr、Ga、Cr、V和Ti中的一种或多种，且x+y+z≤1。
[0026]进一步的，所述负极中的活性材料包括天然石墨、人造石墨、硅
‑
碳复合材料、钛酸锂中的一种或多种。
[0027]进一步的，所述锂离子电池的工作电压为4.45V～4.50V。
[0028]有益效果
[0029]1、本专利技术中的电解液添加剂含有三个氰基，可以与正极材料中的高价金属离子形成稳定的配位化合物，抑制正极界面副反应的发生，提高电解液在高电压下的氧化稳定性；同时，腈类物质在酸性条件下能够与水反应，生成非电化学活性物质酰胺，具有除水除酸的作用。
[0030]2、本专利技术中的电解液添加剂是腈醚类的化合物，不仅包括了氰基的良好的抗氧化性能，还具有醚类物质的高Li
+
溶剂化能力；此外，相对于链状腈醚结构氟化后会降低醚的Li
+
溶剂化能力，本专利技术电解液添加剂是环链结构，其氟化后的线性醚链段的O与环状部分的O仍保持较高的Li
+
溶剂化能力。
[0031]3、本专利技术中的电解液添加剂含有
‑
CF3基团，提高了电解液添加剂的电化学稳定性，而且与化合物中的醚键相互作用，降低了
‑
O
‑
原子上的电子密度，从而可以调节Li
+
的溶剂化结构，保留了醚的高Li
+
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【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，包括具有如结构式Ⅰ所示的化合物：结构式Ⅰ中A1、A2、A3、A4分别独立地选自C0～10的亚烷基、亚烷氧基、卤代亚烷基或卤代亚烷氧基中的一种。2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述结构式Ⅰ为以下化合物中的任意一种：
3.一种电解液，其特征在于，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括权利要求1或2所述的电解液添加剂和常规添加剂。4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂的质量占电解液总质量的60％～80％；所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、γ
‑
丁内酯、γ
‑
戊内酯、δ
‑
戊内酯中的任意一种或两种以上的组合。5.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述锂盐的质量占电解液总质量的10％～20％；所述锂盐包括六氟磷酸锂。6.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述添加剂的质量为电解液总质量的8％～20％；所述电解液添加剂的添加质量为电解液总质量的1％～5％。7.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述常规添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、己二腈、丁二腈、乙二醇双丙腈醚、1,3,...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗若奇，梁东建，赵文博，
申请(专利权)人：东莞维科电池有限公司，
类型：发明
国别省市：