[发明专利]电解液添加剂、电解液、锂离子电池

说明书

本申请涉及锂离子电池技术领域，提供了一种电解液添加剂、电解液、锂离子电池。所述电解液添加剂的结构通式如下式1所示，式1中，X、Y、Z中的至少一个含有不饱和基团。本申请提供的电解液添加剂，能够有效降低正极活性材料的反应活性，抑制脱离后的正极活性材料对电解液的强氧化性，从而降低电池产气、金属溶出和容量衰减的风险。

技术领域

本申请属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电解液添加剂，一种电解液，以及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池由于具有能量密度高、体积小质量轻、放电速率快、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应等优点，在数码产品、动力、以及储能领域得到广泛的应用。

随着社会需求的不断发展，人们对于锂离子电池性能的要求越来越高，行业都在追求更高的锂电池能量密度。为此，科研工作者开发了具有更高克容量的正负极材料，来满足商业化锂离子电池逐渐增加的性能需求。目前，正极一般采用高镍三元材料或者高电压正极材料，负极采用硅基材料。其中高镍三元材料和高电压正极材料在脱锂后存在对电解液的强氧化性，导致锂离子电池出现产气、金属元素溶出及容量衰减等问题。而硅基负极材料在脱嵌锂的过程中会存在巨大的体积收缩膨胀，导致其表面的SEI膜容易发生破裂，继而发生SEI 膜的重复生长，最终导致电池阻抗增大、胀气、容量衰减等一系列问题。

针对高镍三元材料和高电压正极材料体系的成膜添加剂报道有一些，但是这些添加剂往往成膜速率过快或者成膜组分不好导致电池阻抗过大，在改善高温存储性能的同时，对电池的倍率充电性能及低温性能会有较大影响。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电解液添加剂，一种电解液，以及一种锂离子电池，旨在解决现有的以高镍三元材料或者高电压正极材料为正极材料的锂离子电池，产气、金属元素溶出及容量衰减的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

本申请一方面提供一种电解液添加剂，所述添加剂的结构通式如下式1所示，

式1中，X、Y、Z中的至少一个含有不饱和基团。

本申请提供的电解液添加剂，为含有硫代氰脲酸酯母核的硫代氰脲酸酯添加剂。硫代氰脲酸酯母核中含有多个S原子，S原子与正极活性材料特别是高镍正极材料和高电压正极材料的活性反应位点发生络合后，可以有效降低正极活性材料的反应活性，抑制脱离后的正极活性材料对电解液的强氧化性，从而降低电池产气、金属溶出和容量衰减的风险，改善基于高镍正极材料和高电压正极材料的锂离子电池的电池循环性能和高温存储性能。不仅如此，硫代氰脲酸酯母核修饰SEI膜时，硫代氰脲酸酯母核中的多个电负性较强的N原子，可以降低硫代氰脲酸酯添加剂分子的LUMO能级，有利于硫代氰脲酸酯添加剂分子的还原。硫代氰脲酸酯添加剂分子被还原后形成的Li₃N是一种快锂离子导体，其离子电导率σ为6×10-³S cm-¹，比LiF离子电导率(σ＝10-³¹S cm-¹)、Li₂S 离子电导率高，其对形成的SEI进行修饰，有利于降低电池阻抗，提高电池倍率性能。此外，硫代氰脲酸酯添加剂的结构通式中，X、Y、Z中的至少一个含有不饱和基团，不饱和基团可以在电极表面发生电化学聚合形成交联结构，可以缓解硅基材料脱嵌锂过程中存在的体积收缩膨胀问题。

作为本申请电解液添加剂的一种优选情形，所述不饱和基团包括烯基、炔基、氰基、叠氮基中的至少一种。在这种情况下，硫代氰脲酸酯添加剂分子之间通过烯基、炔基、氰基、叠氮基发生电化学聚合反应，形成交联的网状结构，防止脱嵌锂过程中硅基负极材料发生明显的体积收缩膨胀。