一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池的制作方法

本发明涉及电池电解液添加剂的，尤其是指一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、石油煤炭等传统化石燃料将逐渐被新型绿色可再生能源取代。锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长，环境友好等优点，被广泛应用于手机、电脑、电动汽车、船舶、航天器等行业。锂电池主要由正负极材料、隔膜、电解质及外壳组成，目前常用电解质为有机溶剂加锂盐配制而成。锂电池充放电使用过程中，有机溶剂易与电极材料发生产气反应，极化反应，锂枝晶产生，过充反应等，从而导致电池鼓包、电极塌陷、电极短路、电池发热等现象，影响电池的循环性能和使用寿命等电性能，甚至会引发电池着火、爆炸等安全事件。

2、针对上述问题，研究人员先后开发了成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、耐高温添加剂等单一功能添加剂。为了让电池同时满足较好的电性能、安全性能，需要同时加入多种添加剂，有时甚至多达十几种，这无疑增加了电解液生产的复杂性和难度。所以，有必要研究一些多功能添加剂来解决这一难题。不仅可以简化电解液组成，还可以降低生产成本，提高电池综合电性能。所以，研发一些高性价比的多功能添加剂，成为现在亟待解决的难题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电解液添加剂、电解液及锂离子电池。

2、本发明的第一个目的在于提供一种环状磷酸酯类电解液添加剂，分子结构如式1所示：

3、其中，q1选自cl-c8的含氮的卤代饱和烷烃基或不饱和烷烃基、c2-c6的饱和烷烃基、c2-c6的饱和卤代烃基、c2-c6的不饱和烷烃基、c2-c6的不饱和卤代烃基；q2选自c2-c6的饱和烷烃基、饱和卤代烃基、不饱和烷烃基、不饱和卤代烃基、卤素或氢元素。

4、在本发明的一个实施例中，所述q1选自-ch3、-ch2ch3、-ch2f、-cf3、-ch2ch2f、-ch2cf3、-ch＝ch2、-ch＝chch3、-ch＝chf或-ch＝chch2f；q2选自-f、-br、h、-ch3、-ch2ch3、-ch2f、-cf3、-ch2ch2f、-ch2cf3、-ch＝ch2、-ch＝chch3、-ch＝chf或-ch＝chch2f。

5、在本发明的一个实施例中，所述环状磷酸酯类电解液添加剂选自以下化合物中的一种或多种：

6、

7、在本发明的一个实施例中，所述环状磷酸酯类电解液多功能添加剂的制备方法，包括以下步骤：

8、本发明的第二个目的在于提供一种环状磷酸酯类电解液，包括所述的环状磷酸酯类电解液添加剂，所述环状磷酸酯类电解液添加剂占环状磷酸酯类电解液总质量的1％～10％。

9、在本发明的一个实施例中，还包括锂盐、有机溶剂。

10、在本发明的一个实施例中，所述锂盐选自高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟草酸硼酸锂中的至少一种；所述锂盐的质量占电解液总质量的10％～20％。

11、在本发明的一个实施例中，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少一种；所述有机溶剂的质量占电解液总质量的70％～80％。

12、本发明的第三个目的在于提供一种锂离子电池，包括所述环状磷酸酯类电解液。

13、在本发明的一个实施例中，还包括正极、负极和隔膜。

14、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

15、本发明的环状磷酸酯类电解液添加剂，因其较宽的电化学窗口、低氧化电位和高还原电位，使其兼具良好的正负极成膜性能。通过释放含磷自由基，捕获燃烧链式反应中的h自由基，阻断燃烧链式反应，而具有阻燃性能。更重要的是，发现该添加剂还同时具有优良的防过充性能。通过进一步研究发现，在电池过充情况下，结构式1中q1或q2基团被氧化形成单个或者多个具有协同作用的自由基离子，在正极或正极附近和隔膜表面发生偶合反应，生成聚合物。由于该聚合物的浓度、极片和电解液的有效接触面积都比较小，形成的聚合物在电极和隔膜表面进一步形成高聚合物。该高聚合物作为电极和隔膜表面的高电阻钝化层，增大了电池的内阻，减小电流，阻碍电荷转移，从而具有防过充性能，提高电池安全性。

16、本发明应用到锂离子电池中，在兼具成膜和阻燃性能的同时，更为重要的是，还具有优异的防过充性能。不仅可以在正负极形成稳定的钝化膜，提高电池库仑效率和循环稳定性，还可以在电池发热或者短路时通过阻断燃烧链反应达到阻燃效果。更为重要的是，可以在电池过充的情况下，在电池内部直接发生电聚合反应，阻断电荷转移，根本上解决耐过充问题，保证电池安全的情况下，简化电池制造工艺，降低电池成本。通过一种添加剂，同时改善电池多种电性能，还能双重保障电池安全性，降低生产成本，提高生产效率。本发明提出的电解液添加剂无疑是一种降本增效的创新型案例。

技术特征：

1.一种环状磷酸酯类电解液添加剂，其特征在于，分子结构如式1所示：

2.根据权利要求1所述的环状磷酸酯类电解液添加剂，其特征在于，所述q1选自-ch3、-ch2ch3、-ch2f、-cf3、-ch2ch2f、-ch2cf3、-ch＝ch2、-ch＝chch3、-ch＝chf或-ch＝chch2f；q2选自-f、-br、h、-ch3、-ch2ch3、-ch2f、-cf3、-ch2ch2f、-ch2cf3、-ch＝ch2、-ch＝chch3、-ch＝chf或-ch＝chch2f。

3.根据权利要求1所述的环状磷酸酯类电解液添加剂，其特征在于，所述环状磷酸酯类电解液添加剂选自以下化合物中的一种或多种：

4.一种环状磷酸酯类电解液，其特征在于，包括权利要求1-3中任一项所述的环状磷酸酯类电解液添加剂，所述环状磷酸酯类电解液添加剂占环状磷酸酯类电解液总质量的1％～10％。

5.根据权利要求4所述的环状磷酸酯类电解液，其特征在于，还包括锂盐、有机溶剂。

6.根据权利要求5所述的环状磷酸酯类电解液，其特征在于，所述锂盐选自高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟草酸硼酸锂中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的环状磷酸酯类电解液，其特征在于，所述锂盐的质量占电解液总质量的10％～20％。

8.根据权利要求6所述的环状磷酸酯类电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少一种；所述有机溶剂的质量占电解液总质量的70％～80％。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求4-8中任一项所述环状磷酸酯类电解液。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，还包括正极、负极和隔膜。

技术总结
本发明涉及一种多功能电解液添加剂、电解液及锂离子电池。本发明多功能电解液添加剂的分子结构如式1所示：其中，Q1和Q2独立地选自Cl‑C8的含氮的卤代饱和烷烃基或不饱和烷烃基、C2‑C6的不饱和烃基或不饱和卤代烃基。本发明所得电解液，在电池过充情况下，结构式1中Q1或Q2基团被氧化形成单个或协同作用的自由基离子，在正极或正极附近和隔膜表面发生偶合反应，生成聚合物。由于该聚合物的浓度、极片和电解液的有效接触面积都比较小，形成的聚合物在电极和隔膜表面进一步形成高聚合物。该高聚合物作为电极和隔膜表面的高电阻钝化层，增大了电池的内阻，减小电流，阻碍电荷转移，从而具有防过充性能，提高电池安全性。

技术研发人员：於洪将,陈继程,江柯成,于哲勋
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21