[发明专利]一种非水有机高电压电解液添加剂、非水有机高电压电解液和锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域，特别是涉及一种非水有机高电压电解液添加剂、非水有机高电压电解液和锂离子二次电池。

背景技术

随着锂离子二次电池应用领域的扩展，包括近年来大型储能电站、基站供电等新的应用场景的引入，人们对具有高能量锂离子二次电池的需求变得更加迫切。

为了实现锂离子二次电池的高能量，一般通过提高锂离子二次电池的工作电压或研发高能量正极材料来实现。已经报道的高电压正极材料有LiCoPO₄、LiNiPO₄、和LiNi_0.5Mn_1.5O₄等，其充电电压平台接近或高于5V，但与之匹配的非水有机电解液严重滞后于高电压正极材料的发展，限制了锂离子二次电池的应用。目前常用的锂离子二次电池的电解液主要为非水有机电解液，例如1MLiPF₆溶解在碳酸酯类溶剂中形成的非水有机电解液，但该非水有机电解液在高电压（4.5V以上电压）电池体系中，充电过程中会与正极材料发生副反应进而被氧化分解，产生CO₂、H₂O等氧化产物，CO₂的产生对于电池的安全性能造成潜在的威胁；H₂O的产生使得LiPF₆/碳酸酯电解质体系发生自催化反应，其中间产物HF的生产会导致LiMn_1.5Ni_0.5O₄材料金属离子Mn、Ni的溶出，造成材料的结构发生畸变或者坍塌。最终导致锂离子二次电池循环性能下降、体积膨胀以及放电容量下降，因此无法应用于高电压锂离子二次电池体系。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例第一方面旨在提供一种非水有机高电压电解液添加剂，该非水有机高电压电解液添加剂在高电压锂离子二次电池的充电过程中被氧化分解，从而在正极材料表面形成保护膜，减少正极对非水有机高电压电解液的氧化作用。本发明实施例第二方面旨在提供一种包含上述非水有机电解液添加剂的非水有机高电压电解液，该非水有机高电压电解液能够满足4.5V及以上高电压锂离子二次电池用。本发明实施例第三方面旨在提供一种包含上述非水有机高电压电解液的锂离子二次电池，锂离子二次电池在高电压下具有较好的循环性能和放电容量。

第一方面，本发明实施例提供了一种非水有机高电压电解液添加剂，所述非水有机高电压电解液添加剂的化学结构式如式（Ⅰ）所示：

其中，R₁和R₂独立选自H、金属离子、烷基、烯烃基、炔烃基、卤代烷基、卤代烯烃基、卤代炔烃基、芳香基、卤代芳香基中的一种，所述烷基和卤代烷基的碳原子数为1～20，所述烯烃基、炔烃基、卤代烯烃基和卤代炔烃基的碳原子数为2～20，所述芳香基和卤代芳香基的碳原子数为6～20。

优选地，所述金属离子选自Li⁺、Na⁺、Mg²⁺和Al³⁺中的一种。

优选地，所述烷基和卤代烷基的碳原子数为1～10，所述烯烃基、炔烃基、卤代烯烃基和卤代炔烃基的碳原子数为2～10，所述芳香基和卤代芳香基的碳原子数为6～10。

优选地，所述R₁和R₂独立选自乙基、氟代乙基、三氟甲基、氟代丙基、氟代异丙基、氟代叔丁基和苯甲基中的一种。

本发明实施例第一方面提供的一种非水有机高电压电解液添加剂可用在锂离子二次电池的制备中，锂离子二次电池在的充电过程中，正极电位不断升高，高电压电解液添加剂将促进正极保护膜的形成，解决了现有技术中的非水有机电解液在高电压（4.5V以上电压）电池体系中易与正极材料发生持续副反应导致锂离子二次电池循环性能下降、体积膨胀以及放电容量下降的问题，从而提高高电压下锂离子二次电池的循环性能和放电容量。

第二方面，本发明实施例提供了一种非水有机高电压电解液，包括：锂盐、非水有机溶剂和非水有机高电压电解液添加剂，所述非水有机高电压电解液添加剂的化学结构式如式（Ⅰ）所示：