一种磷酸酯类电解液添加剂及电解液和锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种磷酸酯类电解液添加剂及其电解液和锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子二次电池具有能量密度高、循环寿命长、工作范围宽、污染小等特点，被广泛应用于电池行业。随着智能化电子产品的快速发展，电池的续航时间短影响了用户体验，如何提升电池的续航时间成为业界十分关注的问题。目前，主要有两种策略提升用户体验，分别是快充技术的开发和长循环寿命电池的开发。

2、对于长循环寿命电池的开发，锂电池负极的诸多问题阻碍了其发展。其主要问题是高活性的锂电池负极与有机电解液之间的副反应，不仅消耗了活性锂还增加电池的阻抗。液体电解液与锂离子负极的相容性，以及液体电解液本身的性质决定了锂离子电池的实用性。

3、在常规碳酸酯类电解液中形成的占主导地位的固态电解质界面与锂负极的界面能低且电阻高，导致锂剥离库仑效率过低，为改善电解液与锂离子电池的相容性，目前有引入硝酸锂在锂离子电池中，用作一种优良的成膜添加剂，钝化锂电池负极，但是硝酸锂在常规电解液溶剂如碳酸酯溶剂中的溶解度很低而限制其广泛的应用。

4、因此，需开发一种与电解液组分相容性能优良，同时可以形成稳定sei膜的电解液添加剂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种磷酸酯类电解液添加剂，均匀分散于电解液中，并且不增加电解液黏度，与电解液组分相容性能好，同时可以形成稳定sei膜，从而有效提高电池的循环寿命。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种磷酸酯类电解液添加剂，其结构式如式(1)所示；

4、

5、其中，所述式(1)中n为1～2的整数，r1、r2和r3各自独立地选自氢基、烷基、氟基、氟烷基和苯基中的一种；x为氧原子、硫原子和甲基亚氨基中的一种。

6、优选的，所述氟烷基为-cf3和-f2cf3中的一种。

7、本发明还提供一种电解液，包括有机溶剂、锂盐、辅助添加剂和上述的磷酸酯类电解液添加剂。

8、优选的，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙腈、丙二腈、戊二腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧五环、环丁砜和二甲亚砜中的至少一种。

9、优选的，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂和三氟甲基磺酸锂中的至少一种。

10、优选的，所述锂盐的浓度为0.6-3.0mol/l。

11、优选的，所述辅助添加剂为碳酸亚乙烯基酯、乙烯基碳酸亚乙酯、乙烯基乙酸乙烯脂、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、丙烯基-1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯、六甲基二硅氮烷和氟代苯中的至少一种。

12、优选的，所述辅助添加剂的质量占所述电解液总质量的0.1-3.0wt％。

13、优选的，所述磷酸酯类电解液添加剂的质量占所述电解液总质量的0.1-2.0wt％。

14、本发明还提供一种锂离子电池，包括上述任一段所述的电解液。

15、本发明的有益效果在于：本发明的磷酸酯类电解液添加剂，可以均匀分散于电解液体系中，并且不增加电解液黏度；其中，磷酸酯骨架上的氟烷基和苯基削弱了溶剂和锂离子的相互作用，降低了锂离子在界面处的脱嵌能垒，有利于锂离子溶剂化和去溶剂化；同时，氟烷基和苯基共同参与成膜，可以形成稳定sei膜，改善电极-电解液界面的稳定性，提高电解液浸润性，从而有效提高电池的循环寿命。

技术特征：

1.一种磷酸酯类电解液添加剂，其特征在于，其结构式如式(1)所示；

2.根据权利要求1所述的磷酸酯类电解液添加剂，其特征在于，所述氟烷基为-cf3和-f2cf3中的一种。

3.一种电解液，其特征在于，包括有机溶剂、锂盐、辅助添加剂和权利要求1～2任一项所述的磷酸酯类电解液添加剂。

4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙腈、丙二腈、戊二腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧五环、环丁砜和二甲亚砜中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂和三氟甲基磺酸锂中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述锂盐的浓度为0.6-3.0mol/l。

7.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述辅助添加剂为碳酸亚乙烯基酯、乙烯基碳酸亚乙酯、乙烯基乙酸乙烯脂、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、丙烯基-1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、甲基二磺酸亚甲酯、六甲基二硅氮烷和氟代苯中的至少一种。

8.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述辅助添加剂的质量占所述电解液总质量的0.1-3.0wt％。

9.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述磷酸酯类电解液添加剂的质量占所述电解液总质量的0.1-2.0wt％。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求3-9任一项所述的电解液。

技术总结
本发明公开了一种磷酸酯类电解液添加剂及电解液和锂离子电池，该磷酸酯类电解液添加剂的结构式如式(1)所示；其中，所述式(1)中n为1～2的整数，R1、R2和R3各自独立地选自氢基、烷基、氟基、氟烷基和苯基中的一种；X为氧原子、硫原子和甲基亚氨基中的一种。相比于现有技术，本发明的磷酸酯类电解液添加剂可以均匀分散于电解液体系中，不增加电解液黏度；其中，磷酸酯骨架上的氟烷基和苯基削弱了溶剂和锂离子的相互作用，降低了锂离子在界面处的脱嵌能垒，有利于锂离子溶剂化和去溶剂化；同时，氟烷基和苯基共同参与成膜，可以形成稳定SEI膜，改善电极‑电解液界面的稳定性，提高电解液浸润性，从而有效提高电池的循环寿命。

技术研发人员：陈伟,宋柯晟,李华伟,丁春祥
受保护的技术使用者：盛虹动能科技（泰州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16