电解液添加剂、电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池电解液领域，公开了一种电解液添加剂、电解液和锂离子电池，所述添加剂的结构通式如下式(1)所示，其中，X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。本发明专利技术提供的电解液添加剂可以在正负极形成稳定的有弹性的SEI膜，保护负极界面，改善正极表面的界面稳定性。含有本发明专利技术的添加剂的电解液可以改善锂离子电池的高温循环、高温存储、倍率充电性能和低温放电性能，并且有效抑制电池析锂。并且有效抑制电池析锂。

【技术实现步骤摘要】
电解液添加剂、电解液和锂离子电池


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

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在电动汽车领域的应用，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。为此，需要采用更高克容量的正负极材料，作为动力电池产业目前最能商业化的选择，正极一般采用高镍三元材料，负极采用硅基材料。但是高镍材料在脱锂后具有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。而硅基材料在脱嵌锂的过程中会存在巨大的体积收缩，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、容量衰减等一系列安全问题和性能衰减。
[0003]在三元材料动力电池中，电解液的选择也是影响电池性能的重要一环。目前，最常用的两款电解液添加剂是碳酸亚乙烯酯(VC)和亚硫酸丙烯酯(PS)，可以显著改善电池的高温存储性能和循环性能，但是最大缺陷是会显著增大阻抗，降低倍率和低温性能。而现有技术中，针对高镍体系锂电池的电解液添加剂，往往存在成膜速率过快导致阻抗过大的问题，在改善高温存储性能的同时，对电池的倍率充电性能及低温性能会有较大影响。因此，开发能在负极表面形成良好SEI膜，改善材料界面稳定性，且避免电池高温胀气和阻抗过大的电解液添加剂至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的电解液添加剂存在成膜速率过快导致阻抗过大，组成的电池难以兼具高温存储性能和倍率以及低温性能的问题，提供一种电解液添加剂、电解液和锂离子电池。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种电解液添加剂，其中，所述添加剂的结构通式如下式1所示，
[0006][0007]其中，X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。
[0008]本专利技术第二方面提供一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括第一添加剂，且所述第一添加剂为上述第一方面提供的电解液添加剂。
[0009]本专利技术第三方面提供一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其中，所述电解液为上述第二方面提供的电解液。
[0010]通过上述技术方案，本专利技术所取得的有益技术效果如下：
[0011]本专利技术提供的电解液添加剂可以在正负极形成稳定的有弹性的SEI膜，保护负极界面，改善正极表面的界面稳定性。
[0012]含有本专利技术的添加剂的电解液可以改善锂离子电池的高温循环、高温存储、倍率充电性能和低温放电性能，并且有效抑制电池析锂。
具体实施方式
[0013]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0014]在本专利技术中，术语“SEI”为“solid electrolyte interphase”的缩写，是指在液态锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应形成的一层覆盖于电极材料表面的钝化层。
[0015]本专利技术第一方面提供一种电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂的结构通式如下式1所示，
[0016][0017]其中，X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。
[0018]本专利技术的添加剂含有多个电负性较强的N原子，可以降低整个添加剂分子的LUMO能量而更容易被还原，形成快锂离子导体Li3N，离子电导率σ为6
×
10
‑3S cm
‑1，更有利于离子在SEI膜中的离子传输。
[0019]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述不饱和基团包括烯基、炔基、卤素，氰基，硅氧基、氨基、苯基、硝基、磷酸酯基和亚磷酸酯基中的至少一种。
[0020]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述式1中，X、Y、Z中各自独立地选自氢、卤素、氰基、硅氧基、氨基、苯基、硝基、磷酸酯基、亚磷酸酯基中的至少一种，且X、Y、Z中至少一个为其中，R1、R2各自独立地选自氢、卤素、氰基、硅氧基、氨基、苯基、硝基、磷酸酯基、亚磷酸酯基中的至少一种；m和n为正整数，且m、n的取值满足：1≤m≤3，1≤n≤3。
[0021]通过上述不饱和基团中的碳碳双键或三键的进行取代基修饰，如吸电子基团
‑
F、
‑
NH2、
‑
NO2等可以调控双键的氧化聚合电压及聚合反应速率，从而降低添加剂正极成膜阻抗，同时，含碳碳双键或三键的物质作为添加剂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。例如，应用于高镍体系锂离子电池中时，可以改善高镍正极表面的界面稳定性，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。
[0022]根据本专利技术，满足前述要求的添加剂均可以用于本专利技术，对所述添加剂的具体种类没有特殊要求，优选地，所述添加剂选自1
‑
(4
‑
氨基
‑
丁
‑2‑
烯基)
‑
3,5
‑
二氟
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮(结构如式2所示，记为PUHIC
‑
1)、1
‑
(4
‑
氨基
‑
丁
‑2‑
炔基)
‑
3,5
‑
二
‑
丙
‑2‑
炔基
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮(结构如式3所示，记为PUHIC
‑
2)、1,3
‑
二烯丙基
‑5‑
(3
‑
苯基
‑
烯丙基)
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮(结构如式4所示，记为PUHIC
‑
3)、1
‑
(3
‑
苯基
‑
丙
‑2‑
炔基)
‑
3,5
‑
二
‑
丙
‑2‑
炔基
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮(结构如式5所示，记为PUHIC
‑
4)、1
‑
[4
‑
(烯丙基
‑
二甲基
‑
硅烷基)
‑
丁
‑2‑
炔基]‑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下式(1)所示，其中，X、Y、Z中至少含有一个不饱和基团。2.根据权利要求1所述的添加剂，其中，所述不饱和基团包括烯基、炔基、卤素，氰基，硅氧基、氨基、苯基、硝基、磷酸酯基和亚磷酸酯基中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的添加剂，其中，X、Y、Z中各自独立地选自氢、卤素、氰基、硅氧基、氨基、苯基、硝基、磷酸酯基、亚磷酸酯基中的至少一种，且X、Y、Z中至少一个为和/或其中，R1、R2各自独立地选自氢、卤素、氰基、硅氧基、氨基、苯基、硝基、磷酸酯基、亚磷酸酯基中的至少一种；m和n为正整数，且m、n的取值满足：1≤m≤3，1≤n≤3。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的添加剂，其中，所述添加剂选自1
‑
(4
‑
氨基
‑
丁
‑2‑
烯基)
‑
3,5
‑
二氟
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮、1
‑
(4
‑
氨基
‑
丁
‑2‑
炔基)
‑
3,5
‑
二
‑
丙
‑2‑
炔基
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮、1,3
‑
二烯丙基
‑5‑
(3
‑
苯基
‑
烯丙基)
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮、1
‑
(3
‑
苯基
‑
丙
‑2‑
炔基)
‑
3,5
‑
二
‑
丙
‑2‑
炔基
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮1
‑
[4
‑
(烯丙基
‑
二甲基
‑
硅烷基)
‑
丁
‑2‑
炔基]
‑
3,5
‑
二
‑
丙
‑2‑
炔基
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮、1,3
‑
二烯丙基
‑5‑
[4
‑
(烯丙基
‑
二甲基
‑
硅烷基)
‑
丁
‑2‑
炔基]
‑
[1,3,5]三嗪
‑
2,4,6
‑
三酮、[4
‑
(3,5
‑
二烯丙基
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：钟海敏，胡家玲，田培钦，洪祖川，
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：