[发明专利]一种电解液添加剂及其应用

说明书

技术领域

本申请属于电池领域，尤其涉及一种非水电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

随着信息时代的飞速发展，电子产品的需求逐年增加。锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、工作电压高及应用温度范围广等特点，现已广泛应用于手机、笔记本、相机等电子产品，而且正逐步取代传统的Ni-Cd、MH-Ni电池，成为主要的化学电源。

随着电子产品市场需求的扩大及动力、储能设备的发展，人们对锂离子电池的要求不断提高。开发高能量、长寿命、快充放、高安全的锂离子电池成为当务之急。正极材料一直被认为是制约锂离子电池发展的一个重要因素。这是因为锂离子电池充放电时，正极活性材料(如钴酸锂、锰酸锂及三元材料等锂复合氧化物)中过渡金属呈现高化合价态，易氧化电解液，严重影响电池的寿命及安全性。因此，降低或者抑制正极材料的反应活性，是锂离子电池进一步发展的关键。目前采取的主要途径是向电解液中加入成膜添加剂。常见的成膜添加剂有碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、亚硫酸丙烯酯(PS)、亚硫酸乙烯酯(ES)、双草酸硼酸锂(LiBOB)等。这些添加剂能够在正极成膜，但会造成界面阻抗增加，导致电池中锂离子迁移扩散动力学性能降低，进而使得电池的倍率及循环性能衰减。

因此，能有效作用于正极表面的添加剂的开发已经成为重要的研究方向。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种电解液添加剂，该添加剂的使用，能在锂离子电池的正极表面形成保护膜，该保护膜不仅具有良好的导电性，还能抑制正极活性物质与电解液的副反应，进而能够提高电池的循环稳定性能和安全性能，以及改善电池的倍率性能。

通过在噻吩环上引入给电子的两个氧原子，使其氧化电位在4.0V(相对Li/Li⁺)左右，适用于4.0V以上锂离子电池。当锂离子电池电压达到添加剂的氧化电位时，其分子中含有的双键以及环状结构，发生氧化反应，生成产物附着于正极表面，形成一层保护膜。同时，含硫结构被氧化后，生成的磺酸盐类物质，能够使界面膜更加的致密、均匀，并能够抑制正极活性物质与电解液持续发生反应，提高电池的安全性能。该添加剂在正极表面生成的界面膜具有较好的离子和电子传导能力，有利于电池获得良好的动力学性能。

所述电解液添加剂，其特征在于，包含噻吩类化合物，所述噻吩类化合物选自具有式I所示化学结构式的化合物、具有式II所示化学结构式的化合物中的至少一种：

其中，R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₂₀、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅分别独立地选自氢、氟、氯、溴、碘、硝基、磺酸基、碳原子数为1～10的烃基、碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫中至少一种元素的基团。

所述碳原子数为1～10的烃基，由碳原子数为1～10的烃类化合物分子上失去任一氢原子形成，所述烃类化合物为饱和烃或不饱和烃，包含但不限于烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。

所述碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧中至少一种元素的基团，由碳原子数为1～10且含有选自氟、氯、溴、碘、氮、氧中至少一种元素的化合物分子上失去任一氢原子形成。如碳原子数为1含有氮元素的氢氰酸，失去一个氢原子形成的腈基；如碳原子为2含有氮元素和氧元素的硝基乙烷，失去一个氢原子形成的硝基乙基等。

优选地，R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₂₀、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅分别独立地选自氢、氟、氯、溴、碘、硝基、氰基、羧基、磺酸基、碳原子数为1～10的烃基、碳原子数为1～10且含有氟、氯、溴、碘、硝基、磺酸基中至少一种基团的基团、碳原子数为2～10且含有氰基、羧基、烷氧基中至少一种基团的基团。