电解液添加剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，特别是涉及一种电解液添加剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统的化石能源是全球消耗的最主要的能源，但化石能源具有不可再生性，且在使用过程中会产生大量的碳排放，造成全球气温不断升高，对生态环境造成不可逆转的巨大影响。因此，新能源和清洁能源的开发迫在眉睫。锂离子电池由于具有长循环寿命、高比能量和无记忆效应的特点，已被广泛地应用于移动终端、储能系统和动力设备，能够作应对能源危机的一种方法，减小碳排放量，缓解环境压力。

2、目前的锂离子电池还存在高温存储后电压降较高、过渡金属易溶出的问题，说明电池在使用过程中常常伴随着副反应的发生，对电池的使用寿命会产生不利影响；如有利于提升电池快速充电性能的添加剂很可能伴随有劣化电池寿命的副反应。在数码类电子产品中无法满足对于锂离子电池的综合需求；而在动力电池中，由于电动汽车有加速、上坡、空调、辅助驾驶等使用场景，以及有夏季室外露天的停放场景，对电池的倍率性能、高温性能和循环寿命均有很高的需求。

3、因此，需要开发一种电解液，通过特定结构的添加剂的使用和该添加剂与其他常规添加剂的组合使用，提高锂离子电池的性能，满足不同使用场景下锂离子电池的性能需求。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电解液添加剂及其制备方法和应用，以提高用于数码类电子产品的锂离子电池的综合性能，用于解决现有技术中的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种电解液添加剂，所述电解液添加剂包括如式(ⅰ)所示的化合物或其盐；

3、

4、其中，r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、卤素、取代或未取代的c2-c4的不饱和烃基、取代或未取代的硅烷基、取代或未取代的芳基、或取代或未取代的杂芳基；

5、m选自氢、氘、第一主族的金属、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、或取代或未取代的c2-c4的不饱和烃基；

6、l选自取代或未取代的直链或支链的c1-c4的亚烷基、-o-、或-s-；

7、n＝0或1。

8、本发明的第二方面提供电解液添加剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

9、s1:将二氨基马来腈与ch(oet)3溶于无水有机溶剂中混合，加热回流进行闭环反应，制备获得中间体4,5-二氰基咪唑；

10、

11、s2：将步骤s1获得的中间体4，5-二氰基咪唑与r-(l)n-b(oh)2溶解在无水有机溶剂中，在催化剂条件下进行偶联反应，得到产物；

12、

13、s3：对步骤s2获得的产物与m试剂反应，获得式(ⅰ)所示的化合物；

14、

15、其中，r、l、m、n如本发明第一方面中所定义。

16、本发明的第三方面提供一种电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂包括本发明第一方面所述的电解液添加剂。

17、本发明的第四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、以及本发明第一方面的电解液。

18、本发明的第五方面提供一种电池模块，包括本发明第四方面所述的锂离子电池。

19、本发明的第六方面提供一种电池包，包括本发明第五方面所述的电池模块。

20、本发明的第七方面提供一种装置，包括本发明第四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。

21、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

22、1、本发明提供的锂离子电池电解液添加剂能够改善电池的综合性能，主要体现在减少电池存储后的电压降、改善高温存储性能、抑制过渡金属离子的溶出、改善电极界面、提高电池的倍充性能，满足数码类电子产品对于快速充电的需求。

23、2、本发明提供的电解液添加剂具有较高的还原电位，能够优先于其他添加剂与溶剂，在负极表面发生还原，生成电解质界面，从而减少其他添加剂和电解液有机溶剂在首圈循环时的过度分解，抑制电解液产气造成电芯膨胀，减少在长循环过程中电解液活性物质的损失。通过对取代基r、l和m的调控，可以对添加剂的还原电位进行调控，实现对电解液溶剂及其他功能添加剂的选择性保护，减小其在使用过程中的损失，延长电池的使用寿命；当取代基r为取代或未取代的芳香烃或杂环芳烃结构时，本发明提供的添加剂能作为抗过充添加剂，提高电池的安全性能。

24、3、本发明提供的锂离子电池电解液添加剂能与其他添加剂成分产生协同作用，共同促进生成稳定的sei界面，有效保护电极，可通过使用不同添加量的单种添加剂或使用多种添加剂组合与本发明提供的添加剂成分进行sei的构成与微观聚集态结构进行调控，减小sei膜对锂离子导通能力的影响，优化修饰电芯的综合性能。通过对取代基r、l和m的调控，可以对sei膜的成分进行调控，在电芯化成阶段得到结构更致密、稳定性更好的界面膜。

25、4、本发明提供的锂离子电池电解液添加剂具有多氰基结构，氰基官能团中的氮原子上具有孤对电子，能在电解液中捕捉游离的过渡金属离子，减少正极表面过渡金属的溶出，提高电池材料的稳定性，减小不可逆容量损失的出现，从而改善电池的存储性能和长循环性能。

26、5、本发明提供的锂离子电池电解液添加剂含有弱碱性的咪唑结构，能够捕捉电解液中的游离酸，抑制电解液快速酸化导致腐蚀集流体，提高安全性及循环寿命；咪唑环具有π电子共轭结构，良好的介电性能可进一步提高锂离子在电解液中的解离能力，促进锂离子导通，提高倍率特性，特别是高电压下的倍率特性。

27、6、本发明提供的锂电池电解液添加剂合成方法反应步骤简单，制备效率高，制备环境要求低，生产成本低，副产物少，反应过程对环境的污染小。

28、本发明的电池模块、电池包和装置包括所述的锂离子电池，因而至少具有与所述锂离子电池相同的优势。

技术特征：

1.一种电解液添加剂，所述电解液添加剂包括如式(ⅰ)所示的化合物或其盐、多晶型物或溶剂合物；

2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，r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-c2的烷氧基、卤素、取代或未取代的c2-c4的不饱和烃基、取代或未取代的硅烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、或取代或未取代的c3～c6杂芳基；

3.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，r选自氢、甲基、乙基、三氟甲基、氟、氯、溴、甲氧基、乙氧基、-c(ch3)3、乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、

4.根据权利要求1～3任一项所述的电解液添加剂，其特征在于，所述式(ⅰ)所示的化合物选自如下结构的任一个或多个：

5.根据权利要求1～4任一项所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述二氨基马来腈与ch(oet)3的摩尔比为1:0.5～1:2；

7.一种电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂包括如权利要求1～4任一项所述的电解液添加剂。

8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述式(ⅰ)所示的化合物在所述电解液中的质量占比为0.1％～3％；

9.一种锂离子电池，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7～8任一项所述的电解液。

10.根据权利要求9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天然石墨、人造石墨、无定形碳、硅碳、钛酸锂和金属锂中的一种或多种的组合；

11.一种电池模块，包括根据权利要求9或10所述的锂离子电池。

12.一种电池包，包括根据权利要求11所述的电池模块。

13.一种装置，包括根据权利要求9或10所述的锂离子电池，所述锂离子电池用作所述装置的电源；优选地，所述装置包括移动设备、电动车辆、电气列车、卫星、船舶及储能系统。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电解液添加剂及其制备方法和应用。电解液添加剂包括如式(Ⅰ)所示的化合物或其盐、多晶型物或溶剂合物；将该添加剂应用于3C电池中，可以改善电池的倍率充电性能和高温性能，提高电池循环寿命；本发明提供了该锂离子电池电解液添加剂的制备方法，该制备方法具有反应步骤少、效率高、成本低的特点。本发明还提供了包含该添加剂的电解液，和使用该电解液的锂离子电池。

技术研发人员：蔡语童,朱洋,季菲
受保护的技术使用者：上海如鲲新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13