[发明专利]一种兼顾高低温性能的磺酰类电解液添加剂及含该添加剂的电解液

说明书

本发明公开了一种结构式如式Ⅰ或式Ⅱ或式Ⅲ或式Ⅳ所示的兼顾高低温性能的磺酰类电解液添加剂：其中，R₁为N或O，R₂和R₃分别为F、苯、碳原子数为1‑5的烷基或氟代烷基中的任意一种，R₄为H、F、甲基、苯、吡啶中的任意一种，且当R₁为N时，R₄为F或甲基中的任一种。该添加剂可以同时显著改善锂离子电池在高低温环境下的电化学性能，提高锂离子电池的安全性能，表现出良好的经济效益。

技术领域：

本发明涉及锂离子电池的电解液领域，具体涉及一种兼顾高低温性能的磺酰类电解液添加剂及含该添加剂的电解液。

背景技术：

锂离子电池由于高能量和功率密度、长期使用寿命等优势而渗透到人类生活的各个方面，从便携式电子产品到电动汽车再到大型储能装置，其在极端环境中的操作稳定性也变得越来越重要。然而，锂离子电池在极端条件下表现出的电化学性能并不能令人十分满意。在低温条件下，锂离子电池电解液的电导率下降，锂离子迁移速率变慢以及电池界面阻抗的增加，导致锂离子电池的极化增加和能量密度的下降。特别对于低温下锂离子电池的充电，正极脱嵌的锂离子来不及嵌入石墨负极而在其表面析出，在循环过程中反复地消耗锂离子，大幅降低电池的容量，并且析出的锂枝晶可能会刺穿隔膜，影响安全性能。在高温下，锂离子电池的电解液分解加剧，会产生大量气体，导致电池鼓胀，引发安全问题。而且高温下活性材料与电解液的副反应增多，造成容量的损失以及正极材料中过渡金属阳离子的溶出增加，破坏了正极材料的结构；此外在充放电过程中过渡金属离子会迁移并沉积在石墨负极表面，增加电池的阻抗。由于上述存在的问题，限制了锂离子电池在极端环境下的大规模应用。

电解液作为锂离子电池的重要组成部分，对改善极端环境下锂离子电池的电化学性能和安全性能十分重要，是目前最常用也是最有效的方式。添加剂往往可以形成性能优良的界面膜，阻止活性材料与电解液之间的副反应和抑制高温下电池的鼓胀并可以降低电池的阻抗，提高锂离子的扩散速率，促进电池容量的发挥和提高电池的安全性能。然而大多数的电解液添加剂往往不能同时兼顾锂离子电池的高低温性能，往往需要多种添加剂的搭配使用。而且大部分电解液添加剂是有毒且昂贵的，这容易造成环境污染和增加了电池的成本。因此，必须开发和使用可以同时改善高低温性能的电解液添加剂，减少添加剂使用的量，降低锂离子电池的成本和减少对环境的影响。

发明内容：

本发明的目的是提供一种兼顾高低温性能的磺酰类电解液添加剂及含该添加剂的电解液，该添加剂可以同时显著改善锂离子电池在高低温环境下的电化学性能，提高锂离子电池的安全性能，表现出良好的经济效益。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种结构式如式Ⅰ或式Ⅱ或式Ⅲ或式Ⅳ所示的兼顾高低温性能的磺酰类电解液添加剂，

其中，R₁为N或O，R₂和R₃分别为F、苯、碳原子数为1-5的烷基或氟代烷基中的任意一种，R₄为H、F、甲基、苯、吡啶中的任意一种，且当R₁为N时，R₄为F或甲基中的任一种。

所述磺酰类电解液添加剂优选为N-甲基双三氟磺酰亚胺(化合物A)、N-氟基双三氟磺酰亚胺(化合物B)、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺(化合物Ⅱ)、三氟甲烷磺酸酐(化合物C)、对苯基磺酸酐(化合物D)、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-磺酰酐(化合物Ⅲ)1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺锂(化合物Ⅳ)。对应的结构如下：