[发明专利]一种电池电解液添加剂、含有该添加剂的电解液及其应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池电解液添加剂、含有该添加剂的电解液及其应用。本发明所提供的锂离子电池电解液添加剂由具有结构式Ⅰ的氟代磺酸类化合物和具有结构式Ⅱ的环状酸酐类化合物组成；电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂含负极成膜添加剂、具有结构式Ⅰ的氟代磺酸类化合物和具有结构式Ⅱ的酸酐类化合物。本发明具有结构式Ⅰ的氟代磺酸类化合物和具有结构式Ⅱ的酸酐类化合物能够在正极材料表面形成稳定致密的界面保护膜，抑制高温条件下正极材料中金属离子的溶出，有效改善锂离子电池的高低温性能、倍率性能、循环性能和使用寿命，很好地解决了现有技术电池温度性能无法兼顾的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是涉及一种电池电解液添加剂、含有该添加剂的电解液及其应用。

背景技术

锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长循环寿命和环境友好等优点，被广泛应用于3C数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域。随着电子信息技术及消费产品的快速发展，对锂离子电池各方面的性能提出了更高的要求，开发兼具高倍率、长循环寿命、高容量和高保持率等综合性能优良的电解液体系是发展高性能锂离子电池的重要目标之一，同时也是提高锂离子电池能量密度的重要途径之一，对降低锂离子电池的成本十分关键。

电解液作为锂离子电池离子传输的重要载体，其组成和性能很大程度上会影响电池的循环容量和使用寿命。常规电解液体系的锂离子电池在低温条件下，电解液粘度增大，电导率降低，常常会导致充放电容量低和析锂等现象，进而导致产品不能正常使用甚至爆炸；电池在高温情况下，电解液容易挥发、分解、产生大量热，从而导致电池胀气、性能恶化，甚至带来安全隐患。经研究，电解液溶剂和添加剂的使用可有效改善锂离子电池的温度循环性能。然而，若增加低熔点、低粘度的溶剂含量，会使电池的低温性能有所提高，但常温及高温性能会变差，三者无法兼顾。

在电解液体系中的添加剂中引入一个或多个官能团使其具有某种特定的结构而赋予或使其具有某种特殊功能或特性，有望成为解决锂离子电池温度性能问题的突破点。因此，在锂离子电池电解液中添加少量添加剂，在不增加或基本不增加电池成本、不改变生产工艺的情况下，是一种有效保护电极材料、提高电池温度循环性能简单有效的办法，成为目前拓宽电池温度范围研究的热点。有鉴于此，确有必要开发一种具有较宽温度使用范围的电解液及其添加剂，尤其是兼顾常温和高低温性能的电解液体系。

发明内容

本发明的目的是为了针对现有技术的不足与发展趋势，提供了一种电池电解液添加剂及含有该添加剂的电解液和锂离子电池，使用该添加剂的电解液可提高锂离子电池的低温性能和常温性能，可显著改善锂电池低温和常温下的放电容量、循环性能，且在一定程度上也可提高电池的高温性能。

本发明所提供的锂离子电池电解液添加剂由具有结构式Ⅰ的氟代磺酸类化合物添加剂和具有结构式Ⅱ的环状酸酐类化合物添加剂组成：

其中，R₁～R₃各自独立的选自氢原子、烷氧基、酰基、磺酰基、氰基、硝基、卤素原子或含被卤素取代的C₁～C₂₀直链或支链的烷基中的一种；M为O或CH₂中的任一种；X₁、X₂、X₃和X₄分别为氢原子、氟原子、碳含量大于等于1的烷基、烯烃基、烷氧基或芳香基中的任意一种。

上述两种添加剂能够在正极材料表面形成稳定致密的保护膜，抑制高温条件下正极材料中金属离子的溶出，从而稳定正极材料结构，同时可参与负极材料表面钝化膜的形成，修饰SEI膜的结构和成分。

进一步的，本发明还提供了一种含有所述添加剂的电解液，该电解液包含电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述的添加剂由负极成膜添加剂、具有结构式Ⅰ的氟代磺酸类化合物添加剂和具有结构式Ⅱ的酸酐类化合物添加剂组成。