电解液添加剂及其制备方法、电解液、二次电池技术

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及其制备方法、电解液、二次电池。其中，电解液添加剂的结构通式如下式I所示：式I；其中，R1、R2、R3、R4、R5选自氢、烷基、烷氧基、卤素中的至少一种，且R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个为卤素原子或被卤素原子取代。本发明专利技术电解液添加剂，既可以在负极表面形成致密SEI膜，又可在正极表面形成CEI膜，且该添加剂在高温高压下不易形成HF，稳定性好，有效提高了正负极界面的稳定性，从而提高了电池循环寿命及安全性能。池循环寿命及安全性能。池循环寿命及安全性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液添加剂及其制备方法、电解液、二次电池


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种电解液添加剂及其制备方法、电解液、二次电池。

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，行业都在追求高能量密度，长循环寿命的锂电池。为此，目前锂离子电池正极一般采用高镍三元材料，负极采用硅碳材料。其中，高镍材料在脱锂后存在对电解液的强氧化性，导致电解液分解、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膨胀收缩，导致其表面的SEI膜非常容易发生破裂，继而发生SEI膜的反复生长，最终导致电池阻抗增大，胀气，容量衰减等等一系列问题。因此，采用以上材料都对电解液添加剂提出了很高的要求。
[0003]目前，众多研究表明氟代碳酸乙烯酯(FEC)对硅负极的循环性能改善比较大。而为了改善硅负极的循环性能，现有的电解液配方中往往使用高含量的FEC作为成膜添加剂，来应对硅负极的体积膨胀。然而，FEC在高温下极易脱下HF而不断加速碳酸酯电解液的分解，最终导致电池在高温下极易产气，严重影响了硅负极电池的高温循环性能。而针对高镍体系的添加剂报道比较少，能同时在正负极成膜的添加剂更少。因此，开发一种既能提高硅碳负极界面稳定性又能提高高镍正极界面稳定性的电解液添加剂至关重要。
专利
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及其制备方法，以及一种电解液，一种二次电池，旨在一定程度上解决现有电解液添加剂高温下容易产气，且不能同时适用于高镍正极和硅负极体系的问题。
[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，本专利技术提供一种电解液添加剂，电解液添加剂的结构通式如下式I所示：
[0007][0008]其中，R1、R2、R3、R4、R5选自氢、烷基、烷氧基、卤素中的至少一种，且R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个为卤素原子或被卤素原子取代。
[0009]本专利技术第一方面提供的电解液添加剂，既可以在负极表面形成致密SEI膜，又可在正极表面形成CEI膜，且该添加剂在高温高压下不易形成HF，稳定性好，有效提高了正负极界面的稳定性，从而提高了电池循环寿命及安全性能。
[0010]进一步地，电解液添加剂包括：进一步地，电解液添加剂包括：中的至少一种，这些电解液添加剂通过其活性基团的作用，既可以在负极表面形成致密SEI膜，又可在正极表面形成CEI膜，且该添加剂在高温高压下不易形成HF，稳定性好，可有效提高正负极界面的稳定性。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种电解液添加剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将化合物A与化合物B溶解在非极性溶剂中后，进行缩合反应，得到电解液添加剂；
[0013]其中，化合物A的结构式为，化合物B的结构式为，其中，R1、R2、R3、R4、R5选自氢、烷基、烷氧基、卤素中的至少一种，且R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个为卤素原子或被卤素原子取代。
[0014]本专利技术第二方面提供的电解液添加剂的制备方法，将原料化合物A和化合物B溶解在溶剂中后反应，即制得电解液添加剂，制备方法简单，适用于工业化大规模产生和应用，且制备的电解液添加剂，可同时在负极表面形成致密的SEI膜，在正极表面形成致密的CEI膜，且高温高压稳定性好，不易产生HF气体，因而可同时提高正负极界面的稳定性，提高电池循环寿命及安全性能。
[0015]进一步地，缩合反应的条件包括：在温度为20～40℃的条件下，反应10～30分钟；在该条件下即可是原料化合物A和化合物B反应生成结构通式I的电解质添加剂，制备条件温度，操作简单，效率高。
[0016]进一步地，化合物A与化合物B的摩尔比为1：(2～2.5)；该配比可充分确保化合物A和化合物B之间反应，得到结构通式I的电解液添加剂。
[0017]进一步地，非极性溶剂选自二氯甲烷、二异丙胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺中的至少一种，这些有机溶剂对化合物A和化合物B均有较好的溶解性能，为化合物之间的反应提供溶剂环境。
[0018]进一步地，电解液添加剂包括：进一步地，电解液添加剂包括：中的至少一种，这些电解液添加剂通过其活性基团的作用，既可以在负极表面形成致密SEI膜，又可在正极表面形成CEI膜，且该添加剂在高温高压下不易形成HF，稳定性好，可有效提高正负极界面的稳定性。
[0019]第三方面，本专利技术提供一种电解液，电解液包括锂盐、有机溶剂和上述的电解液添加剂或者上述方法制备的电解液添加剂。
[0020]本专利技术第三方面提供的电解液，包括锂盐、有机溶剂和上述结构通式I所示的电解液添加剂，由于该添加剂不但可在正极表面形成致密的CEI膜，而且可在负极表面形成致密的SEI膜，同时高温高压稳定性好，不易产气HF气体，同时提高了正负极的稳定性，从而有效提高了电池循环寿命，稳定性，及安全性能。
[0021]进一步地，电解液添加剂的质量百分含量为0.1％～10％；该质量百分含量，使电解液具有最佳的在正负极表面成膜性能，同时确保了电解液的电化学综合性能。
[0022]进一步地，锂盐的质量百分含量为10％～15％；该含量的锂盐为电解液提供了充足的锂离子，有利于锂离子在正负极中的嵌入脱出，确保了电池的充放电效率。
[0023]进一步地，电解液中还包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、1
‑
丙烯
‑
1,3
‑
磺酸内酯、碳酸乙烯亚乙酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种辅助添加剂，这些辅助添加剂进一步提高电解液的高温稳定性，提高电解液在电极表面的成膜效果，在电极表面形成弹性优异的电解质膜，从而阻止电极表面的界面反应，提高电池稳定性及安全性能。
[0024]进一步地，电解液中，同一种辅助添加剂的质量百分含量为0.1％～5％辅助添加剂，该含量的辅助添加剂，可进一步提高电解液的高温稳定性，提高电解液在电极表面的成膜效果，从而阻止电极表面的界面反应，提高电池稳定性及安全性能。
[0025]进一步地，锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiPO2F2、LiTFSI、LiBOB、LiDFOB、LiCF3SO3、LiC(CF3SO2)3、LiB(C2O4)2、LiF(C2O4)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2F)2中的至少一种；这些锂盐均易于解离出锂离子，通过锂离子在正负极的嵌入脱出，确保了电池的循环充放电。
[0026]进一步地，有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸丙酯、环丁砜、γ...

【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，所述电解液添加剂的结构通式如下式I所示：其中，R1、R2、R3、R4、R5选自氢、烷基、烷氧基、卤素中的至少一种，且R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个为卤素原子或被卤素原子取代。2.如权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂包括：2.如权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂包括：中的至少一种。3.一种电解液添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将化合物A与化合物B溶解在非极性溶剂中后，进行缩合反应，得到电解液添加剂；其中，所述化合物A的结构式为，所述化合物B的结构式为，其中，R1、R2、R3、R4、R5选自氢、烷基、烷氧基、卤素中的至少一种，且R1、R2、R3、R4、R5中至少有一个为卤素原子或被卤素原子取代。4.如权利要求3所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述缩合反应的条件包括：在温度为20～40℃的条件下，反应10～30分钟；和/或，所述化合物A与所述化合物B的摩尔比为1：(2～2.5)；和/或，所述非极性溶剂选自二氯甲烷、二异丙胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺中的至少一种。
5.如权利要求4所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述电解液添加剂包括：括：中的至少一种。6.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和如权利要求1～2任一项所述的电解液添加剂或者如权利要去3～5任一项所述方法制备的电解液添加剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱璐莹，官向国，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：