电解液添加剂、电解液及锂离子电池的制作方法

本申请涉及电池，尤其涉及电解液添加剂、电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于具有高比能量、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于3c数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域，电子信息技术及消费产品的快速发展对锂离子电池高电压以及高能量密度提出了更高的要求。在锂离子电池中，高电压正极材料由于能量密度高、环境友好、循环寿命长等优点，被广泛的应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备以及电动车、大型储能装置中。

2、但随着正极材料的限制电压不断提高，电池材料的克容量逐渐增加的同时，电池的高温性能恶化严重，长循环寿命无法保证。尤其是在高电压(＞4.5v)下经历长期循环充放电过程中，材料的体积会膨胀并导致严重裂纹，导致电解液中的溶剂进入正极材料内部，破坏正极材料的结构，最终造成锂电池容量严重衰减的问题。

3、相关技术中，通常采用功能性添加剂在正极和电解液间形成稳定界面保护层，即正极电解质界面膜(cei)，来提高正极的循环寿命。然而富有机质的cei与正极表面结合，不能承受正极大的体积变化，导致在锂离子脱嵌过程中发生断裂，正极与电解液之间发生持续的副反应。而富无机质的cei与正极的键合较弱，在正极体积变化过程中承受的应变/应力较小，可以保持对正极的保护作用。

4、但是，在正极上形成富无机质的cei是十分困难的，因此亟需研发出新的功能性添加剂，能够在正极形成稳定的保护膜，提高电池的高温循环性能。

技术实现思路

1、为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池，能够在正负极形成稳定的保护膜，提高锂离子电池的高温循环性能。

2、本申请第一方面提供一种电解液添加剂，包括第一添加剂，所述第一添加剂包含结构式一的化合物：

3、

4、所述结构式一中，r1、r2、r3、r4、r5、r6分别为被卤素取代或未被取代的设定基团或空键，所述设定基团为苯基、联苯基、1-20个碳原子的烷烃基、3-20个碳原子的的环烷基、1-20个碳原子的烯烃基、6-26个碳原子的苯烷基和6-26个碳原子的稠环芳烃基中一种或多种；x为n、c、p和s中的一种，且n为自然数。

5、作为一个可选的实施例，当所述设定基团为1-20个碳原子的烷烃基时，所述1-20个碳原子的烷烃基包括链状基和环状基，所述链状基包括直链基和支链基，所述环状基被取代或未被取代；和/或，n为0-3的整数。

6、作为一个可选的实施例，所述第一添加剂包含如下化合物中的至少一种：

7、

8、

9、

10、作为一个可选的实施例，所述电解液添加剂还包括第二添加剂，所述第二添加剂包含结构式二的化合物：

11、

12、所述结构式二中，r7、r8、r9分别选自卤素、烷基和卤素取代的烷基中的一种或多种。

13、作为一个可选的实施例，所述第二添加剂包含如下化合物中的至少一种：

14、

15、作为一个可选的实施例，所述第一添加剂和所述第二添加剂的用量满足如下条件：

16、130≤(ya+1/5yb)/(m*n)≤700

17、其中，ya为所述第一添加剂的质量百分数，yb为所述第二添加剂的质量百分数，m为负极上单位面积单面负极材料层的质量，单位为g/cm2；n为负极活性材料的比表面积，单位为m2/g。

18、作为一个可选的实施例，0.05≤ya≤5，5≤yb≤15，0.0045≤m≤0.028，0.55≤n≤2.35。

19、作为一个可选的实施例，所述电解液添加剂还包括磺酸酯化合物和腈类化合物。

20、本申请第二方面提供一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂为上述所述的电解液添加剂。

21、本申请第三方面提供一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为上述所述的电解液。

22、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

23、本申请中的第一添加剂在首次化成阶段，能优先于电解液溶剂被氧化，其氧化产物在正极表面发生电聚合，有效隔离电解液和正极材料的直接接触，可以防止正极保护膜在高电压下的氧化，提高正极保护膜例如cei膜的稳定性；又由于四甲基硅烷基团可以进行除水，能够优先电解液溶剂在负极发生还原反应，可以防止负极保护膜在高电压下的还原，提高负极保护膜例如sei膜的稳定性。还有第一添加剂的结构式一中的含s杂环官能团可以和体系中的li+结合，生成的富锂化合物有利于电解液中离子的传输，加速稳定的锂离子电池体系的形成；而且含s杂环官能团中的n元素属于缺电子基团即属于一种路易斯碱，开环后n元素还可以和电解液中微量的hf结合，可以减少后期的副反应，抑制hf对正极的侵蚀，降低过渡金属离子的溶解，并抑制过渡金属离子对负极保护膜的破坏。因此，本申请实施例的电解液添加剂，能够在正负极形成稳定的保护膜，提高锂离子电池的高温循环性能。

24、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种电解液添加剂，其特征在于，包括第一添加剂，所述第一添加剂包含结构式一的化合物：

2.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，当所述设定基团为1-20个碳原子的烷烃基时，所述1-20个碳原子的烷烃基包括链状基和环状基，所述链状基包括直链基和支链基，所述环状基被取代或未被取代；和/或，n为0-3的整数。

3.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述第一添加剂包含如下化合物中的至少一种：

4.根据权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂还包括第二添加剂，所述第二添加剂包含结构式二的化合物：

5.根据权利要求4所述的电解液添加剂，其特征在于，所述第二添加剂包含如下化合物中的至少一种：

6.根据权利要求4所述的电解液添加剂，其特征在于，所述第一添加剂和所述第二添加剂的用量满足如下条件：

7.根据权利要求6所述的电解液添加剂，其特征在于，0.05≤ya≤5，5≤yb≤15，0.0045≤m≤0.028，0.55≤n≤2.35。

8.根据权利要求4所述的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂还包括磺酸酯化合物和腈类化合物。

9.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂为权利要求1-8任一项所述的电解液添加剂。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液为权利要求9所述的电解液。

技术总结
本申请涉及一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池。电解液添加剂包括第一添加剂，第一添加剂在首次化成阶段，能优先于电解液溶剂被氧化，其氧化产物在正极表面发生电聚合，有效隔离电解液和正极材料的直接接触，可以防止正极保护膜在高电压下的氧化，提高正极保护膜的稳定性；又由于四甲基硅烷基团可以进行除水，能够优先电解液溶剂在负极发生还原反应，可以防止负极保护膜在高电压下的还原，提高负极保护膜的稳定性。还有第一添加剂的含S杂环官能团可以和体系中的Li+结合，生成的富锂化合物有利于电解液中离子的传输，加速形成稳定的锂离子电池体系。本申请提供的方案，能够在正负极形成稳定的保护膜，提高锂离子电池的高温循环性能。

技术研发人员：刘孟,李枫,张昌明,胡大林,廖兴群
受保护的技术使用者：广东省豪鹏新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16