【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，尤其涉及高温型锂离子电池电解液，特别涉及2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮及其在电解液中的应用。
技术介绍
1、锂离子电池因具有诸多优势，如高能量密度、长循环寿命等，在众多领域得到了广泛应用。然而，随着应用场景的拓展，特别是在高温环境下的应用需求，对锂离子电池电解液提出了更高的要求。
2、在高温环境中，锂离子电池面临着一系列问题。首先，常规的电解液有机溶剂和锂盐热稳定性较差。有机溶剂容易挥发，这不仅会改变电解液的组成和性质，还可能导致电池内部压力变化，引发安全隐患。同时，锂盐在高温下可能发生分解，产生一些对电池性能有害的物质，如导致电池内阻增加，影响电池的充放电性能和循环寿命。此外，高温还会加速电极材料与电解液之间的副反应。例如，正极材料中的过渡金属元素可能会溶出，与电解液发生反应，进一步恶化电池性能，甚至可能导致电池热失控，引发起火、爆炸等严重安全事故。
3、为了解决高温环境下的电池性能问题，研究人员在电解液中添加了一些物质来提高电池的高温稳定性。然而，这些添加剂往往存在一些难以克服的局限性。在提高电池高温稳定性方面，一些添加剂通过在电极表面形成保护膜来防止电极材料与电解液的直接接触，从而减少副反应的发生。但是，这些添加剂在起到保护作用的同时，却带来了其他问题。一方面，它们往往会降低离子电导率。这是因为添加剂可能会与锂离子发生相互作用，或者改变电解液的溶剂化结构，使得锂离子在电解液中的迁移变得困难。另一方面，这些添加剂还会导致较高的成膜阻抗。在电极表面形成的保护膜虽然能起到保护作用
4、综上所述，现有的高温型电解液中使用的提高电池高温稳定性的添加剂，无法同时满足既提高高温稳定性，又保证离子电导率和成膜阻抗低的要求，这就促使科研人员不断探索新的电解液体系和添加剂，以实现锂离子电池在高温环境下的高性能应用。
5、针对上述技术问题，现有技术是分别将高温型添加剂加入到电解液中，起到了相应的作用，但同时也带来了相应的性能风险，具体如下所述：(1)可能会与锂盐发生相互作用，改变锂盐的解离状态，影响锂离子的传输，进而对电池的倍率性能产生不利影响。(2)可能会与电解液中的有机溶剂发生反应，影响有机溶剂的性能，例如改变其对电极材料的浸润性，从而影响电池的性能。(3)添加剂可能会随着时间和温度的变化，自身发生分解或者与电解液中的其他成分发生反应。分解产生的小分子物质可能会影响电解液的离子电导率，使电池内阻增加，导致充放电过程中的能量损失增大。(4)可能会与电极材料发生反应，改变电极材料的表面化学状态，影响锂离子的嵌入和脱出效率，进而逐渐降低电池的充放电容量。(5)如果添加量不准确，可能会导致电解液粘度发生较大变化。过高的粘度会降低锂离子在电解液中的扩散速度，影响电池的快充性能，同时也可能使电池在低温环境下的性能恶化，因为高粘度的电解液在低温时离子迁移更加困难。(6)如果某些添加剂含量过高，可能会导致sei膜成膜过厚。过厚的sei膜会增加电池阻抗，导致电池在高温下散热困难，影响电池的高温性能和高温稳定性。同时，过厚的sei膜可能会改变其自身在高温下的物理化学性质，降低对电解液分解的抑制能力，不利于电解液的高温稳定性。过厚的sei膜还会阻碍锂离子的传输，降低离子传输速率，从而影响电池的充放电性能和离子传输性能。(7)一些添加剂可能会在电极表面形成一层不均匀的膜，阻碍锂离子的在电极表面的传输，影响电池的充放电容量和循环寿命。
6、本专利技术旨在解决高温型锂离子电池电解液面临的技术问题，主要涉及以下几个方面：(1)热稳定性提升：设计热稳定性更高的有机溶剂是关键。传统的有机溶剂在高温下易挥发和分解，导致电池性能下降和安全隐患。需要研发或筛选出能够在高温环境下保持稳定的有机溶剂，例如一些具有特殊结构的环状有机溶剂，它们的化学键能和分子结构使其能够承受更高的温度而不发生分解或挥发。设计具有高温稳定功能的添加剂。这些添加剂应能够在电极表面形成稳定的保护膜，防止电极材料与电解液在高温下发生副反应。同时，添加剂自身在高温下应具有良好的化学稳定性，不会发生分解或与其他成分发生不良化学反应。例如，一些含酰胺基、含磺酰基的化合物可以作为高温添加剂，它们能够通过化学键合等方式提高电极表面膜的稳定性。(2)离子电导率保障：添加剂和溶剂的选择应考虑对电解液微观结构的影响。避免因添加剂的加入导致锂离子传导通道受阻，需要研究如何通过调整添加剂的分子结构和浓度，以及选择合适的溶剂组合，来维持电解液良好的微观结构，确保锂离子能够在其中快速移动，保持较高的离子电导率。确保锂盐在电解液中的解离状态良好。一些添加剂可能会与锂盐发生相互作用，影响锂盐的解离，从而降低离子电导率。因此，需要研究如何避免这种不良影响，或者通过添加特定的物质来促进锂盐的解离，使锂离子能够顺利地从锂盐中释放出来，参与电池的充放电过程。(3)膜阻抗控制：对于在电极表面形成的保护膜，需要优化其性能。一方面，要确保膜的形成能够有效防止电极材料与电解液的直接接触，减少副反应；另一方面，要控制膜的致密性，避免膜过于致密导致锂离子传输困难，增加膜阻抗。可以通过调整添加剂的种类和用量，以及研究膜的形成机制，来实现保护膜性能的优化。(4)电池性能综合平衡：在提高高温性能的同时，要考虑对电池低温性能的影响。一些为提高高温性能而采取的措施可能会对低温性能产生不利影响，如某些添加剂可能会增加电解液的粘度，导致低温下离子迁移困难。因此，需要研究如何在提高高温性能的同时，保持或改善电池的低温性能，例如通过选择合适的添加剂组合，或者调整添加剂的用量，实现高温和低温性能的平衡；确保电池的循环寿命和安全性能；高温环境下电池的循环寿命可能会受到影响，如电极材料与电解液的副反应加剧、膜阻抗增加等。同时，安全性能也是至关重要的，需要防止电池在高温下发生热失控等危险情况。通过优化电解液的组成，包括锂盐、溶剂和添加剂的选择和搭配，以及对电池结构和制造工艺的改进，来保障电池的循环寿命和安全性能。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的不足之处，提供一种锂离子电池电解液添加剂及其应用。
2、本专利技术提供一种锂离子电池电解液添加剂，所述添加剂为式ⅰ所示的2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮。
3、
4、所述锂离子电池电解液添加剂的合成方法，包括如下步骤：将环丁醇溶解，加入重铬酸钾的酸性溶液，搅拌反应完全后分离提纯，得到环丁酮；将硫氢化钠溶解制备成硫醇钠溶液；将环丁酮溶解制备成溶液；惰性气体氛围下，将硫醇钠加入到环丁酮溶液加热并搅拌反应，使环丁酮中的3号碳与硫醇钠发生亲核取代反应，硫原子取代3号碳位置；冷却过滤提纯后得到3-硫代环丁酮；将3-硫代环丁酮溶解，加入过氧化氢和乙酸进行搅拌反应，使硫原子被氧化成磺酰基；后处理得到3-(磺酰基)环丁酮；将3-(磺酰基)环丁酮溶解，向其中加入三乙胺和草酰氯，冰浴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括式Ⅰ所述的2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮
2.如权利要求1所述一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其进一步特征在于，反应中所述惰性气体氛围为氮气；加入重铬酸钾的酸性溶液，在25-40℃的温度下搅拌反应；将硫氢化钠溶解在乙醇中制备成硫醇钠溶液；硫醇钠滴加到环丁酮溶液加热至50-80℃下搅拌反应；将活化后的溶液缓慢滴加到预先冷却的氨的甲醇溶液中；向反应体系中缓慢滴加甲酸，加热反应体系至40-60℃搅拌反应。
4.如权利要求2或3所述一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其进一步特征在于，反应液冷却后处理得到目标化合物2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的步骤为：将反应液冷却至室温；对反应液进行减压蒸馏，去除溶剂和低沸点的副产物；用乙酸乙酯对剩余物进行萃取；对萃取液用饱和食盐水洗涤、用无水硫酸钠干燥；最后通过柱层析纯化产物，得到化合物2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮。
5.一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基
6.如权利要求5所述一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其进一步特征在于，所述电解液中2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的用量为电解液总质量的0.1％-5％，进一步优选为0.1％-2％。
7.如权利要求5或6所述一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液添加剂用量占锂离子电池电解液总质量的0.1％～20％。
8.如权利要求5或6所述一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其特征在于，除2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮外，其它添加剂选自碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸锂、丁二酸酐、1,3-丙烯磺内酯、四乙烯硅烷、二氟磷酸锂、三(三甲基硅基)磷酸酯、硫酸乙烯酯、双草酸硼酸锂、1,2-双(氰乙氧基)乙烷、双草酸二氟磷酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、亚硫酸乙烯酯、丙三醇三丙腈醚、丁二腈、己二腈、甲烷二磺酸亚甲酯、乙烯基碳酸乙烯酯、磷酸三炔丙酯、五氟乙氧基环三磷腈、1,3,6-己烷三甲腈、环丁砜、对甲基苯磺酰异氰酸酯、四氟硼酸锂、4,4'-联硫酸乙烯酯、苯基三氟甲烷磺酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯、三甲氧基磷、亚磷酸三乙酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、硼酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、1,4-丁磺内酯、顺丁烯二酸酐、柠康酸酐、2,3-二甲基马来酸酐、七氟丁酸酐、磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三炔丙酯、对甲基苯磺酰异氰酸酯、六甲基二硅氮烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、2,4,6-三乙烯基-2,4,6-三甲基环三硅氧烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、烯丙基三甲基硅烷、二环己基碳二亚胺、3-三甲基甲硅烷基-2-恶唑烷酮、三甲基硅烷基二乙胺、N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、三烯基丙基异氰脲酸酯、氰甲基磷酸二乙酯、1,6-己二异氰酸酯中的至少一种。
9.如权利要求5或6所述一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液中锂盐的浓度为0.8M-1.4M；所述锂盐选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。
10.如权利要求5或6所述一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其特征在于，所述的无水有机溶剂包括碳酸酯。
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括式ⅰ所述的2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮
2.如权利要求1所述一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其进一步特征在于，反应中所述惰性气体氛围为氮气；加入重铬酸钾的酸性溶液，在25-40℃的温度下搅拌反应；将硫氢化钠溶解在乙醇中制备成硫醇钠溶液；硫醇钠滴加到环丁酮溶液加热至50-80℃下搅拌反应；将活化后的溶液缓慢滴加到预先冷却的氨的甲醇溶液中；向反应体系中缓慢滴加甲酸，加热反应体系至40-60℃搅拌反应。
4.如权利要求2或3所述一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其进一步特征在于，反应液冷却后处理得到目标化合物2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的步骤为：将反应液冷却至室温；对反应液进行减压蒸馏，去除溶剂和低沸点的副产物；用乙酸乙酯对剩余物进行萃取；对萃取液用饱和食盐水洗涤、用无水硫酸钠干燥；最后通过柱层析纯化产物，得到化合物2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮。
5.一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液的组分包括锂盐、无水有机溶剂、电解液添加剂；其中，电解液添加剂包括2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮；所述电解液中2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的用量为电解液总质量的0.1％-10％。
6.如权利要求5所述一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其进一步特征在于，所述电解液中2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的用量为电解液总质量的0.1％-5％，进一步优选为0.1％-2％。
7.如权利要求5或6所述一种含2,4-二甲酰胺基磺酰基环丁酮的锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液添加剂用量占锂离子电池电解液总质量的0.1％～20％。
【专利技术属性】
技术研发人员：韩飞，杨允杰，高培，汪勇，周永涛，朱禄发，马家俊，卢彦志，
申请(专利权)人：华鼎国联四川动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
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