一种电解液添加剂、电解液和锂电池制造技术

本申请提供了一种电解液添加剂、电解液和锂电池，所述电解液添加剂为苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂，所述电解液包括锂盐和有机溶剂，还包括至少一种如式(I)所示的苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂：上述电解液添加剂能够在电池正负极表面分别生成稳定的正极电解液界面(cathode

【技术实现步骤摘要】
一种电解液添加剂、电解液和锂电池


[0001]本申请涉及锂电池
，具体涉及一种电解液添加剂、电解液和锂电池。

技术介绍

[0002]目前三元正极材料因具有耐高压、电容量高、能量密度高等特点而被广泛应用于锂离子电池中。三元正极活性材料的充电截止电压一般在4.5V(vs.Li/Li
+
)以上，但常规的电解液在4.5V的电压下易发生氧化分解反应，导致电池阻抗急剧增大、电池发生鼓胀及加速正极活性材料的金属溶出，严重缩短电池的使用寿命、增加安全隐患等。
[0003]更换抗氧化性更强的电解液有机溶剂虽然能够改善电池的耐高压特性，但其离子导电率低、粘度过大，会影响电解液体系自身的物化性质，进而影响电池性能的发挥；在常规电解液体系中引入高压成膜添加剂也能够在一定程度上提高电池的耐高压特性，但其难以在正极活性材料表面形成稳定的界面膜，对电池循环性能(尤其是高压循环性能)的改善有限。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提供了一种电解液添加剂、电解液和锂电池，该电解液添加剂为苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂，电解液中引入了苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂，能够同时在电池正负极表面分别生成稳定的正极电解液界面(cathode
–
electrolyte interface，CEI)膜和固体电解质界面(solid electrolyte interface，SEI)膜，可使电池具有良好的耐高压特性、优异的高温、高压循环性能及较高的安全性能。并且苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂与电解液中的其它化学物质均具有良好的兼容性。
[0005]具体地，本申请第一方面提供了一种电解液添加剂，所述电解液添加剂为如式(I)所示的苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂：
[0006][0007]式(I)中，R1选自氢原子、卤素、巯基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基和如式(II)所示的取代基中的至少一种；
[0008][0009]R2、R3、R4、R5各自独立地包括氢原子、卤素、巯基、氰基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环烷基和取代或未取代的芳基中的至少一种。
[0010]本申请一些实施方式中，所述未取代的烷基的碳原子数为1
‑
10，所述未取代的烯基的碳原子数为2
‑
10，所述未取代的炔基的碳原子数为2
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10，所述未取代的环烷基的碳原子数为3
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10，所述未取代的芳基的碳原子数为6
‑
30。限定上述烃基或芳基的碳原子数在一定的范围内，有利于将上述电解液添加剂的粘度维持在合适的范围内。
[0011]本申请一些实施方式中，所述取代的烷基、所述取代的烯基、所述取代的炔基中的取代基团各自独立地包括卤素原子、巯基、氨基、羟基、酯基、酰基、烷氧基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基和氰基中的至少一种；所述取代的芳基、所述取代的环烷基中的取代基各自独立地包括卤素原子、巯基、羟基、氰基和取代或未取代的烷基中的至少一个。
[0012]该电解液添加剂能够同时在电池正、负极表面分别生成稳定的CEI膜和SEI膜，可使电池具有良好的耐高压特性、优异的高温、高压循环性能及较高的安全性能。此外，上述电解液添加剂与电解液以及正、负极极片之间的兼容性好，且将其添加在本领域技术人员常用的电解液中，对电解液的粘度的影响较小，从而保证了电解液对电池电极极片的浸润性，进而保证了电池性能的充分发挥。
[0013]本申请第二方面提供了一种电解液，所述电解液包括锂盐和有机溶剂，还包括至少一种如式(I)所示的苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂：
[0014][0015]式(I)中，R1包括氢原子、卤素、巯基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基、如式(II)所示的取代基中的至少一种；
[0016][0017]R2、R3、R4、R5各自独立地包括氢原子、卤素、巯基、氰基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环
烷基、取代或未取代的芳基中的至少一种。
[0018]该电解液引入了苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂，该类添加剂可优先于体系中的溶剂，在负极表面发生电化学还原聚合反应，生成一层致密、稳固且富有弹性的SEI膜，从而改善负极与电解液的界面情况，例如有效阻止电解液与负极活性材料的副反应，降低界面阻抗，进而提高电池的高温循环性能，延长电池使用寿命等。具体地，在形成SEI膜的过程中，苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂中的环状结构中的双键断开，经开环聚合形成聚烯烃等长链聚合物，同时硫杂环中的S元素和B元素之间能形成
‑
S
‑
B
‑
S
‑
化学交联点，使上述聚烯烃链交联形成结构更加稳定、弹性较好的网状聚合物。因此，上述苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂经电化学还原聚合形成的SEI膜可以很好地适应电池工作过程中负极活性材料(尤其是硅负极活性材料)的体积膨胀和收缩。特别地，在电化学反应过程中，体系中还可生成Li2O、Li2S等具有高离子导电率的无机物，使得界面阻抗更低。这种同时含有有机和无机层的SEI膜能够有效地阻止电解液与负极表面(尤其是硅负极表面)的副反应，同时大大降低界面阻抗，提高电池的高温循环性能，延长电池的寿命。
[0019]此外，上述苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂中苯环和二硫硼烷环协同的给电子效应，使得该添加剂具有较高的电子云密度，且随着结构中取代基的增多，使得该添加剂具有较高的电子云密度，结构中游离的自由电子更多，容易优先于电解液中其它的化学成分被氧化，在电池正极氧化形成稳固的CEI膜，从而缓解电解液的消耗及气体的产生，降低电池电芯的膨胀现象，提升电池安全性能。并且CEI膜能够阻止含Ni正极材料中Ni
4+
的溶出，从而延缓正极活性材料的结构坍塌，并减少Ni
4+
对电解液的氧化，进而提升电池的循环性能(特别是高温高压下的循环性能)及使用寿命。
[0020]本申请一些实施方式中，所述未取代的烷基的碳原子数为1
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10，所述未取代的烯基的碳原子数为2
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10，所述未取代的炔基的碳原子数为2
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10，所述未取代的环烷基的碳原子数为3
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10，所述未取代的芳基的碳原子数为6
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30。限定上述烃基或芳基的碳原子数在一定的范围内，有利于将苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂的粘度维持在合适的范围内，以保证电解液的浸润性能。
[0021]本申请一些实施方式中，所述取代的烷基、取代的烯基、取代的炔基中的取代基团各自独立地包括卤素原子、巯基(
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SH)、氨本文档来自技高网...

【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，所述电解液添加剂为如式(I)所示的苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂：式(I)中，R1选自氢原子、卤素、巯基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基和如式(II)所示的取代基中的至少一种；R2、R3、R4、R5各自独立地包括氢原子、卤素、巯基、氰基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环烷基和取代或未取代的芳基中的至少一种。2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述未取代的烷基的碳原子数为1
‑
10，所述未取代的烯基的碳原子数为2
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10，所述未取代的炔基的碳原子数为2
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10，所述未取代的环烷基的碳原子数为3
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10，所述未取代的芳基的碳原子数为6
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30。3.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述取代的烷基、所述取代的烯基、所述取代的炔基中的取代基团各自独立地包括卤素原子、巯基、氨基、羟基、酯基、酰基、烷氧基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基和氰基中的至少一种；所述取代的芳基、所述取代的环烷基中的取代基各自独立地包括卤素原子、巯基、羟基、氰基和取代或未取代的烷基中的至少一个。4.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐和有机溶剂，还包括至少一种如式(I)所示的苯并二硫杂硼环戊烷类添加剂：式(I)中，R1选自氢原子、卤素、巯基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、
取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基和如式(II)所示的取代基中的至少一种；R2、R3、R4、R5各自独立地包括氢原子、卤素、巯基、氰基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的炔基、取代或未取代的环烷基和取代或未取代的芳基中的至少一种。5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述未取代的烷基的碳原子数为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘行，王圣，王乐，任建新，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：