一种复合添加剂及包含其的锂电池电解液、锂电池制造技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，公开了一种复合添加剂及包含其的锂电池电解液、锂电池，包括结构如式a的化合物A和结构如式b的化合物B：R1为含有

【技术实现步骤摘要】
一种复合添加剂及包含其的锂电池电解液、锂电池


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体而言，涉及一种复合添加剂及包含其的锂电池电解液、锂电池。

技术介绍

[0002]锂电池是一种由锂金属或锂合金为正极或负极材料，使用非水电解质溶液的充电电池，由于金属锂具有较高的理论容量和较低的电极电位，致使以锂作负极材料的锂电池的能量密度得到极大提升。但在实际循环过程中，采用锂作为负极材料存在明显的材料膨胀等问题：锂负极材料易出现不均匀沉积，造成枝晶生长，进而刺破电池隔膜，造成正负极短路，最终致使电池热失效；另外，锂的活泼界面会导致电极与电解液发生副反应，造成库伦效率低、电解液损失的问题。
[0003]针对上述问题，最常见的措施是通过向电解液中加入添加剂，来抑制副反应等的发生。锂电池电解液用的添加剂主要有成膜剂、阳离子屏蔽剂以及溶剂化调节剂等。其中，成膜剂是通过在电极表面成膜，来增加电极与电解液界面稳定性；阳离子屏蔽剂是通过引入稳定的阳离子，使其吸附于形成的锂晶核表面，以此来阻止锂枝晶生长；溶剂化调节剂是通过调节溶剂化结构，使锂离子更容易从溶剂化结构中脱出，从而加速电化学反应速率。目前，市面上常用的添加剂多是通过上述等任一种单一角度来提升电解液的性能，或是通过组合物的方式来同时从上述几个方面对电解液性能进行改进和提升，但是组合物式的添加剂对锂电池电解液的作用效果弱，对电池库伦效率的提升较小。
[0004]基于此，如何得到一种能够进一步提升锂电池电解液的电化学性能的添加剂，成为目前亟待解决的问题和研究热点。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题：
[0006]目前，针对因锂极片表面沉积而造成枝晶生长、锂极片界面活泼而导致的电极与电解液发生副反应等，带来的库伦效率低、电解液损失的问题，市面上常见的添加剂包括成膜剂、阳离子屏蔽剂等，对解决上述问题有明显的效果，但是这类添加剂仅能从单一途径对电解液进行改善；此外，也有采用多种作用途径的组合物作为添加剂的方式，但在实际使用中发现，这类添加剂对电解液的作用效果弱，最终并未表现出较高的库伦效率等。
[0007]本专利技术采用的技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种锂电池电解液用复合添加剂，包括结构如式a的化合物A和结构如式b的化合物B：
[0009][0010][0011]R1为含有
‑
O
‑
SO2K或
‑
O
‑
SO2Na的基团；
[0012]R2、R3、R4为含1～4个碳原子的烷基或硅烷基中的一种或多种；
[0013]R5、R6、R7、R8为氮原子、磷原子或氟原子中的一种或多种；
[0014]所述复合添加剂还包括化合物C，所述化合物C包括氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、二氯亚砜或1,3
‑
丙烷磺酸内脂中的一种或多种。
[0015]优选地，所述结构如式a的化合物A中，R1为
‑
(CH2)
n
O
‑
SO2K或
‑
(CH2)
n
O
‑
SO2Na中的一种或多种，其中，n＝0～4。
[0016]优选地，所述复合添加剂还包括化合物D，所述化合物D包括二氟磷酸锂、二氟磺酸亚胺锂、二氟草酸硼酸锂或甲基二磺酸甲酯中的一种或多种。
[0017]优选地，所述化合物A和/或所述化合物B占所述复合添加剂总质量的20～75％。
[0018]优选地，化合物A和化合物B：化合物C：化合物D的质量比为1.8～3.5:1～1.2:1～1.5。
[0019]如上述的锂电池电解液用复合添加剂应用于锂电池电解液。
[0020]一种锂电池电解液，包括上述的复合添加剂、锂盐和有机溶剂，所述复合添加剂占锂电池电解液总质量的0.1～2.5％。
[0021]优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂或高氯酸锂中的一种或多种。
[0022]优选地，所述锂盐占锂电池电解液总质量的10～55％。
[0023]一种锂电池，包括上述的锂电池电解液、正极极片、负极极片和隔膜。
[0024]本专利技术采用的技术机理及其有益效果：
[0025]本专利技术中的复合添加剂将多种化合物复配，其中化合物A和化合物B均可同时发挥电极表面成膜、或锂离子溶剂化、或锂成核生长等中的多种作用效果，实现对锂离子电池电解液的电化学性能的显著提升。
[0026]具体地，化合物A中含有
‑
O
‑
SO2‑
结构，且化合物B中含有大量的氟或磷或氮，这些基团和原子均能与锂离子配位，在电化学循环的过程中，可以在电极极片表面成厚度较薄的膜，在控制锂离子短距离扩散且扩散速率较高的情况下，抑制电解液进一步分解或与电极发生副反应，提升电池的库伦效率和循环稳定性。此外，化合物A中的R1基团携带的氧原子和化合物B中携带的氧原子，可进入锂离子的溶剂化壳层并调节其结构，削弱锂离子与周围物质之间的作用，有利于锂离子脱出溶剂化壳层。同时，复合添加剂中还包括钠离子或钾离子，其具有比锂离子更低的还原电势，可以使锂离子在锂电极表面形成良好的阳离子屏蔽层，以抑制锂枝晶的生长。
[0027]本专利技术通过多种化合物复配结合，协同增效，得到的复合添加剂可改善电解液对锂电池的作用性能，能降低电解液在循环过程中的损失，最终提高锂电池的库伦效率、循环稳定性等电化学性能。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0029]本专利技术提供了一种锂电池电解液用的复合添加剂，包括结构如式a的化合物A和结构如式b的化合物B(制备方法)：
[0030][0031]R1为含有
‑
O
‑
SO2K或
‑
O
‑
SO2Na的基团；
[0032]R2、R3、R4为含1～4个碳原子的烷基或硅烷基中的一种或多种；
[0033]R5、R6、R7、R8为氮原子、磷原子或氟原子中的一种或多种；
[0034]复合添加剂还包括化合物C和化合物D，化合物C包括氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、二氯亚砜或1,3
‑
丙烷磺酸内脂中的一种或多种，化合物D包括二氟磷酸锂、二氟磺酸亚胺锂、二氟草酸硼酸锂或甲基二磺酸甲酯中的一种或多种。
[0035]化合物A中，R1为
‑
(CH2)
n
O
‑
SO2K或
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池电解液用复合添加剂，其特征在于，包括结构如式a的化合物A和结构如式b的化合物B：R1为含有
‑
O
‑
SO2K或
‑
O
‑
SO2Na的基团；R2、R3、R4为含1～4个碳原子的烷基或硅烷基中的一种或多种；R5、R6、R7、R8为氮原子、磷原子或氟原子中的一种或多种；所述复合添加剂还包括化合物C，所述化合物C包括氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、二氯亚砜或1,3
‑
丙烷磺酸内脂中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的锂电池电解液用复合添加剂，其特征在于，所述结构如式a的化合物A中，R1为
‑
(CH2)
n
O
‑
SO2K或
‑
(CH2)
n
O
‑
SO2Na中的一种或多种，其中，n＝0～4。3.根据权利要求1所述的锂电池电解液用复合添加剂，其特征在于，所述复合添加剂还包括化合物D，所述化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凤翔，袁波，杨俊，石飞，
申请(专利权)人：四川鸿鹏新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：