[发明专利]一种含氮原子化合物的锂电池电解液

说明书

本发明属于锂电池电解液技术领域，尤其涉及一种含氮原子化合物的锂电池电解液。本发明通过含锂化合物，作为锂电池的电解液溶剂的有机溶剂，以及含有位阻作用的基团的含氮化合物实现改善碳酸酯体系电解液性能的同时提高了含氮化合物的电化学稳定性。本发明的优点在于在锂电池电解液中添加了含氮化合物，一方面具有更高热稳定性的含氮化合物部分替代热稳定性较差的有机溶剂，整体提高了电解液的高温稳定性，另一方面含氮化合物中含有孤对电子，能与锂离子形成络合物，进一步提高电解液对锂盐的溶解性，同时在分子结构中的氮原子的邻近空间位置引入有位阻作用的基团，使电极材料释放的离子难以接近氮原子，提高了含氮化合物的电化学稳定性。

技术领域

本发明属于锂电池电解液技术领域，尤其涉及一种含氮原子化合物的锂电池电解液。

背景技术

锂电池电解液，指的是锂电池中离子传输的载体，一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证，电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的，自从锂电池商业应用以来，锂电池的电解液溶剂都是以混合碳酸酯为主构成的体系，目前应用的有机溶剂主要有碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯五种，非有机溶剂也偶尔用于二次电池电解液中，但由于综合性能不如碳酸酯，所以应用远不如碳酸酯，但是碳酸酯主为的电解液存在着不少亟待解决的问题，例如：高温稳定性差，低温电性能远不能发挥，产气现象时有发生，电极材料的溶解等，所以市场上急需一种部分或全部取代碳酸酯作为锂电池的电解液溶剂的化学物质。

专利公开号为CN112271338A，公开日为2021.01.26的中国发明专利公开了一种电解液，包括有机溶剂、锂盐和快充循环改善添加剂；所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和丙酸乙酯；所述快充循环改善添加剂包括碳酸亚乙烯酯和甲烷二磺酸亚甲酯；以所述电解液的总质量为100％计，所述碳酸亚乙烯酯的含量为0.2％～3％、所述甲烷二磺酸亚甲酯的含量为0.1％～2％。

虽然该发明通过筛选特定的碳酸酯、羧酸酯和快充循环改善添加剂组合使用，可显著改善磷酸铁锂体系锂离子电池负极石墨共嵌现象，避免负极出现掉粉，从而提高电池的循环性能和使用寿命，但是该发明专利中，缺点在于采用的改善添加剂包括碳酸亚乙烯酯和甲烷二磺酸亚甲酯属酸性物质，并没有改善碳酸酯体系的酸性环境，易出现产气现象，并对电极材料造成一定程度的腐蚀。

专利公告号为CN111313093B，公告日为2021.01.29的中国发明专利公开了一种电解液，电解液包括包含锂盐、有机溶剂和电解液添加剂，所述电解液添加剂为叠氮化合物，所述叠氮化合物的结构通式为：其中，R基团中所包含的C和O原子总数不小于6，所述R基团选自碳原子数为3～20的取代或未取代的烷基、烯基、碳酸酯基、羧酸酯基、磷酸酯基、磺酰基或杂环基。

虽然该发明添加了呈碱性的含氮化合物，改善了碳酸酯体系电解液的酸性环境，并通过形成具有较高韧性的SEI膜来保护电极，但是该发明中氮原子较易被氧化，在锂电池电解液环境中不够稳定，易与电极材料物质反应从而降低电化学稳定性，影响锂离子电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氮原子化合物的锂电池电解液，本发明通过提供锂元素的含锂化合物，作为锂电池的电解液溶剂的有机溶剂，以及含有位阻作用的基团的含氮化合物实现改善碳酸酯体系电解液性能的同时提高了含氮化合物的电化学稳定性。本发明的优点在于在锂电池电解液中添加了含氮化合物，一方面具有更高热稳定性的含氮化合物部分替代热稳定性较差的有机溶剂，整体提高了电解液的高温稳定性，另一方面含氮化合物中含有孤对电子，能与锂离子形成络合物，进一步提高电解液对锂盐的溶解性，同时在分子结构中的氮原子的邻近空间位置引入有位阻作用的基团，使电极材料释放的离子难以接近氮原子，提高了含氮化合物的电化学稳定性。