一種電解液添加劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)屬于電池領(lǐng)域，尤其涉及一種非水電解液及使用該電解液的鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的需求逐年增加。鋰離子電池具有能量密度 高、無(wú)記憶效應(yīng)、工作電壓高及應(yīng)用溫度范圍廣等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本、相機(jī) 等電子產(chǎn)品，而且正逐步取代傳統(tǒng)的Ni-Cd、MH-Ni電池，成為主要的化學(xué)電源。
[0003] 隨著電子產(chǎn)品市場(chǎng)需求的擴(kuò)大及動(dòng)力、儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展，人們對(duì)鋰離子電池的要 求不斷提高。開(kāi)發(fā)高能量、長(zhǎng)壽命、快充放、高安全的鋰離子電池成為當(dāng)務(wù)之急。正極材料 一直被認(rèn)為是制約鋰離子電池發(fā)展的一個(gè)重要因素。這是因?yàn)殇囯x子電池充放電時(shí)，正極 活性材料（如鈷酸鋰、錳酸鋰及三元材料等鋰復(fù)合氧化物）中過(guò)渡金屬呈現(xiàn)高化合價(jià)態(tài)，易 氧化電解液，嚴(yán)重影響電池的壽命及安全性。因此，降低或者抑制正極材料的反應(yīng)活性，是 鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。目前采取的主要途徑是向電解液中加入成膜添加劑。常見(jiàn) 的成膜添加劑有碳酸亞乙烯酯（VC)、氟代碳酸乙烯酯（FEC)、亞硫酸丙烯酯（PS)、亞硫酸乙 烯酯（ES)、雙草酸硼酸鋰（LiBOB)等。這些添加劑能夠在正極成膜，但會(huì)造成界面阻抗增 加，導(dǎo)致電池中鋰離子迀移擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)性能降低，進(jìn)而使得電池的倍率及循環(huán)性能衰減。
[0004] 因此，能有效作用于正極表面的添加劑的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為重要的研宄方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供一種電解液添加劑，該添加劑的使用，能在鋰離子電 池的正極表面形成保護(hù)膜，該保護(hù)膜不僅具有良好的導(dǎo)電性，還能抑制正極活性物質(zhì)與電 解液的副反應(yīng)，進(jìn)而能夠提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性能和安全性能，以及改善電池的倍率性能。
[0006] 通過(guò)在噻吩環(huán)上引入給電子的兩個(gè)氧原子，使其氧化電位在4. 0V(相對(duì)Li/Li+) 左右，適用于4. 0V以上鋰離子電池。當(dāng)鋰離子電池電壓達(dá)到添加劑的氧化電位時(shí)，其分子 中含有的雙鍵以及環(huán)狀結(jié)構(gòu)，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成產(chǎn)物附著于正極表面，形成一層保護(hù)膜。 同時(shí)，含硫結(jié)構(gòu)被氧化后，生成的磺酸鹽類(lèi)物質(zhì)，能夠使界面膜更加的致密、均勻，并能夠抑 制正極活性物質(zhì)與電解液持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，提高電池的安全性能。該添加劑在正極表面生成 的界面膜具有較好的離子和電子傳導(dǎo)能力，有利于電池獲得良好的動(dòng)力學(xué)性能。
[0007] 所述電解液添加劑，其特征在于，包含噻吩類(lèi)化合物，所述噻吩類(lèi)化合物選自具有 式I所示化學(xué)結(jié)構(gòu)式的化合物、具有式II所示化學(xué)結(jié)構(gòu)式的化合物中的至少一種：
[0008]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電解液添加劑，其特征在于，所述添加劑中包含噻吩類(lèi)化合物，所述噻吩類(lèi)化合 物選自具有式I所示化學(xué)結(jié)構(gòu)式的化合物、具有式II所示化學(xué)結(jié)構(gòu)式的化合物中的至少一 種：
其中，R1(l、Rn、R12、R 13、R2(l、R21、R22、R23、R 24、R25分別獨(dú)立地選自氫、氟、氯、溴、碘、硝基、 磺酸基、碳原子數(shù)為1?10的烴基、碳原子數(shù)為1?10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至 少一種元素的基團(tuán)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加劑，其特征在于，R 1Q、Rn、R12、R13、R2Q、R 21、R22、R23、R24、R25 分別獨(dú)立地選自氫、碳原子數(shù)為1?3的烴基、碳原子數(shù)為1?3且含有氟元素和/或烷氧 基的基團(tuán)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加劑，其特征在于，所述噻吩類(lèi)化合物選自2-甲基-2， 3- 二氫噻吩并[3,4-b] [1，4]二氧六環(huán)、2-甲氧基甲基-2, 3-二氫噻吩并[3,4-b] [1，4]二 氧六環(huán)、3,4_丙烯二氧噻吩、3,4_乙烯二氧噻吩、3,4-(2,2_二甲基丙烯二氧基）噻吩、3， 4- (2, 2-二乙基丙烯二氧基）噻吩中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加劑，其特征在于，所述添加劑包含固體電解質(zhì)界面膜的 成膜劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的添加劑，其特征在于，所述固體電解質(zhì)界面膜的成膜劑選自 碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、丙烷磺酸內(nèi)酯、丁烷磺酸內(nèi)酯、己二腈中 的至少一種。
6. -種電解液，其特征在于，含有權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述添加劑中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解液，其特征在于，所述噻吩類(lèi)化合物在電解液中的質(zhì)量 百分含量為〇. 1?10%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解液，其特征在于，所述噻吩類(lèi)化合物在電解液中的質(zhì)量 百分含量為1 %?8%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解液，其特征在于，所述固體電解質(zhì)界面膜的成膜劑在在 電解液中的質(zhì)量百分含量為0. 1 %?10%。
10. -種鋰離子電池，其特征在于，含有權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述添加劑中的至少一 種。
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種電解液添加劑，所述添加劑中包含噻吩類(lèi)化合物。該添加劑用于鋰離子電池，能夠抑制電解液與正極材料的持續(xù)電化學(xué)氧化反應(yīng)，提高正極材料的導(dǎo)電性能，改善電池的循環(huán)性能和大電流放電性能，提高電池的安全性能和倍率性能。
【IPC分類(lèi)】H01M10-0567, H01M10-0525
【公開(kāi)號(hào)】CN104577200
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510063456
【發(fā)明人】陳培培, 龍兵, 王可飛
【申請(qǐng)人】寧德新能源科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日