【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动力电池，特别是涉及一种电解液添加剂、非水电解液及锂离子电池、电池模块、电池包及用电装置。
技术介绍
1、电动汽车面对着续航较短、充电较慢、适宜温度范围小的问题。动力型锂离子电池作为电动汽车的动力源，仍需要一定程度上的优化与改善。
2、解决以上问题的一个方案是使用能量密度更高的动力型锂离子电池，但高能量密度的材料会带来更大的安全风险，在反复充放电时更易出现产气和体积膨胀的现象；另一方面，高能量密度的电池材料受限于自身性质和现有工艺，其中残留的微量水容易导致电解液副反应的发生，影响其使用寿命。
3、本专利技术提供了锂离子电池电解液添加剂，通过两种添加剂的组合使用，能够实现对动力型锂离子电池性能的优化，抑制电池在循环过程和高温存储过程中的产气，抑制电池在快速充电或车辆加速、上坡时快速放电时，造成的电极结构相变，导致的电极膨胀，提高动力型锂离子电池的安全性，扩大锂离子电池的应用范围，进一步满足人们日常生活中对二次能源的需求，有助于减碳目标、环保目标的实现。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电解液添加剂、非水电解液及锂离子电池，本专利技术电解液添加剂具有在锂离子电池正负极与电解液之间形成界面膜，以降低电池在使用过程中出现产气、鼓包、极片膨胀等现象，提高电池使用的安全性和循环、存储的稳定性；该非水电解液添加剂能与其他功能性添加剂实现协同作用，共同改善电池的高低温性能，提高锂二次电池的综合性能。
2、为
3、
4、其中，各r分别独立选自氢、卤素、取代或未取代的c1-c10的烷基、取代或未取代的c1-c10的烷氧基、取代或未取代的c2-c10的不饱和烃基、取代或未取代的c2-c10的不饱和含氧烃基、取代或未取代的c1-c30硅烷基、取代或未取代的c1-c10的硅氧烷基；或相邻的r之间键合成环；
5、m为2～10的自然数；当m>2时，各所述r相同或不同；
6、n为1～5的自然数；
7、r1～r3选自氢、氘、取代或未取代的直链或支链的c1-c4的烷基、取代或未取代的c1-c4的烷氧基、取代或未取代的c2-c4的不饱和烃基或取代或未取代的硅氧烷基。
8、r4选自氢、氘、取代或未取代的直链或支链的c1-c30的烷基、取代或未取代的c1-c4的烷氧基、取代或未取代的c2-c4的不饱和烃基、取代或未取代的c2-c4不饱和含氧烃基、取代或未取代的c6-c15的芳基、取代或未取代的c2-c15的杂芳基、取代或未取代的c6-c10芳氧基、取代或未取代的c1-c30硅烷基或取代或未取代的c1-c30硅氧烷基。
9、本专利技术的第二方面提供一种非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂以及功能性添加剂，所述功能性添加剂包括本专利技术第一方面所述的电解液添加剂。
10、本专利技术的第三方面提供一种锂离子电池，包括正极、负极、间隔设置于正极和负极之间的隔离膜、以及本专利技术第二方面的非水电解液。
11、本专利技术的第四方面提供一种电池模块，包括本专利技术第三方面所述的锂离子电池。
12、本专利技术的第五方面提供一种电池包，包括本专利技术第四方面所述的电池模块。
13、本专利技术的第六方面提供一种用电装置，包括本专利技术第五方面所述的锂离子电池，所述锂离子电池用作所述装置的电源。
14、相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：
15、(1)本专利技术提供的添加剂a具有单氟代环亚磷酸酯结构，在锂二次电池的正负极表面均能形成界面膜，可以有效的钝化电极表面，减少电极的不可逆相变，保护电极活性材料；同时可以减少电解液中活性物质的持续性消耗，有利于提高电池的循环寿命；
16、(2)本专利技术提供的添加剂a结构具有可以调控的支链，通过结构的调控可以实现对于电解液界面膜结构和主要成分的调控；如当支链有不饱和键时，可以实现在电极表面的聚合成膜，抑制动力电池出现产气的情况，亚磷酸酯的存在又能形成快离子导体，减小聚合sei膜对离子穿梭的抑制效果；
17、(3)本专利技术提供的添加剂b结构具有除酸除水的效果，能够快速捕捉电解液中的游离酸，抑制其对界面膜和电极材料的腐蚀，减小电解液中的副反应，减小电池在工作过程中的产气量，并抑制电极材料的相变，从而抑制动力电池的产气膨胀，提高电池的安全性；同时提高电池的循环寿命和高温存储性能；
18、(4)本专利技术提供的添加剂a和添加剂b结构兼有不饱和碳链和硅烷基结构，在电池化成和循环过程中能通过电化学反应实现聚合成膜，形成兼有硅与磷元素的钝化膜，其中硅元素能实现与高能量密度的负极材料的优良兼容性，形成稳固的钝化膜底层结构，磷元素能够提高界面的热稳定性，二者共同成膜，提高硅基负极材料的热失效阈值，减小硅基负极的体积膨胀效应，共同提高硅基负极的安全性和使用寿命。
19、(5)本专利技术提供的添加剂a和添加剂b结构组合使用能够在电化学作用下分解形成si-o-li双离子结构，该结构具有较大偶极矩，能够增强离子电离，有助于减小聚合物电解液界面膜对离子穿梭的抑制效果，在形成具有稳定基底层的钝化膜的同时提高电解液的离子电导率，并提高电池的低温充放电性能，实现对电池使用温度的拓宽。
20、(6)本专利技术提供的添加剂结构可以与电解液中的其他活性成分产生协同作用，本专利技术提供的添加剂结构有除酸除水效果，减小电解液中的副反应，避免活性物质应副反应而消耗，更有利于电解液中各个组分充分发挥原有作用；能够共同参与电化学反应，调控成膜电位，充分保护参与电池长循环的活性物质；能够提高电解液与负极材料的兼容性，实现电池倍率和长循环寿命的提高，并明显抑制了电极的膨胀现象，提高电池使用的安全性，提升电池的综合性能。
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1.一种电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂包括式A和式B所示结构的化合物：
2.如权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂的化学结构如式I～式III所示：
3.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，各R分别独立选自氢、氟、取代或未取代的C1-C4烷氧基、取代或未取代的C2-C4不饱和烃基、取代或未取代的C2-C4不饱和含氧烃基、取代或未取代的C1-C30硅烷基、取代或未取代的C1-C6硅氧烷基；或相邻的R之间键合成环烷烃或环烯烃；
4.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，R1～R3选自氢、氘、取代或未取代的直链或支链的C1-C4的烷基或取代或未取代的C1-C30的硅氧烷基。
5.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，R4选自氢、氘、取代或未取代的直链或支链的C1-C4的烷基、取代或未取代的C1-C25硅烷基、取代或未取代的C1-C25硅氧烷基、取代或未取代的C6-C10的芳基、取代或未取代的C2-C10的杂芳基、取代或未取代的芳氧基。
6.根据权利要求1～2任一项所述的
7.根据权利要求1～2任一项所述的电解液添加剂，其特征在于，所述式B所示结构的化合物选自如下结构的任一个或多个：
8.一种非水电解液，其特征在于，包括锂盐、非水有机溶剂以及功能性添加剂，所述功能性添加剂包括如权利要求1～7任一项所述的电解液添加剂。
9.根据权利要求8所述的非水电解液，其特征在于，所述功能性添加剂还包括其他功能性添加剂，所述其他功能性添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、氟苯、三氟甲苯的一种或几种的组合；
10.根据权利要求9所述的非水电解液，其特征在于，当其他功能性添加剂选自碳酸亚乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、氟苯、或三氟甲苯中的一种或多种的组合时，所选自的各个添加剂的质量分别占非水电解液总质量的0.1％～3％；
11.一种锂离子电池，包括正极、负极、间隔设置于正极和负极之间的隔离膜、以及电解液，其特征在于，所述电解液为权利要求8～10任一项所述的非水电解液。
12.根据权利要求11所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料选自硅碳、硅氧、天然石墨、人造石墨、钛酸锂、无定型碳、锂金属和锂合金中的一种或多种的组合；
13.一种电池模块，其特征在于，包括根据权利要求11或12所述的锂离子电池。
14.一种电池包，其特征在于，包括根据权利要求13所述的电池模块。
15.一种用电装置，其特征在于，包括根据权利要求11或12所述的锂离子电池，所述锂离子电池用作所述装置的电源；所述装置包括电动车辆、电气列车、卫星、船舶及储能系统。
...【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂包括式a和式b所示结构的化合物：
2.如权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂的化学结构如式i～式iii所示：
3.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，各r分别独立选自氢、氟、取代或未取代的c1-c4烷氧基、取代或未取代的c2-c4不饱和烃基、取代或未取代的c2-c4不饱和含氧烃基、取代或未取代的c1-c30硅烷基、取代或未取代的c1-c6硅氧烷基；或相邻的r之间键合成环烷烃或环烯烃；
4.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，r1～r3选自氢、氘、取代或未取代的直链或支链的c1-c4的烷基或取代或未取代的c1-c30的硅氧烷基。
5.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，r4选自氢、氘、取代或未取代的直链或支链的c1-c4的烷基、取代或未取代的c1-c25硅烷基、取代或未取代的c1-c25硅氧烷基、取代或未取代的c6-c10的芳基、取代或未取代的c2-c10的杂芳基、取代或未取代的芳氧基。
6.根据权利要求1～2任一项所述的电解液添加剂，其特征在于，所述式a所示结构的化合物选自如下结构的任一个或多个：
7.根据权利要求1～2任一项所述的电解液添加剂，其特征在于，所述式b所示结构的化合物选自如下结构的任一个或多个：
8.一种非水电解液，其特征在于，包括锂盐、非水有机溶剂以及功能性添加剂，所述功能性添加剂包括如权利要求1～7任一项所述的电解液添加剂。
9.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡语童，季菲，陈英韬，
申请(专利权)人：上海如鲲新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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