[发明专利]一种基于联咔唑环状衍生物的电池电解液过充保护添加剂及其制备和应用

说明书

本发明公开一种基于联咔唑环状衍生物的电池电解液过充保护添加剂及其制备和应用。本发明的防过充添加剂r‑mPh‑BCz具有较高的氧化还原电位，在3.5～4.5V的电压范围下有氧化还原反应发生，并且r‑mPh‑BCz表现出氧化还原反应可逆性及较好的反应中间体稳定性。将r‑mPh‑BCz作为过充保护添加剂添加到电解液中，当电池充电电压超过4.2V时，电解液中的r‑mPh‑BCz优先发生氧化还原反应，以抑制电解液自身的分解，避免电池由于电解液分解造成容量衰减甚至引发电池热失控。本发明的防过充添加剂在不影响电池能量密度的同时，有效提升了电池的循环稳定性和安全性，并且其制备过程简单，无污染，成本较低。

技术领域

本发明属于电池的电解液添加剂制备技术领域，尤其涉及基于氧化还原机制 的联咔唑小环有机分子过充保护电解液添加剂，具体是一种基于联咔唑环状衍生 物的电池电解液过充保护添加剂及其制备和应用。

背景技术

随着现代社会的发展，尤其是电子技术和信息产业的飞速发展,对化学电源 提出更高要求—高能化、小型化、轻型化、长服务时间、长工作寿命、免维护...... 相比于其他二次电池体系,锂离子电池具有高电压(平均工作电压3.5-3.7V)、高比 能量(100Wh/kg以上)、自放电低、循环寿命长(1000次)以及价廉污染少等优点, 是符合现代化需求的绿色电池，现已成为发展最快、使用最多的二次电池。锂离 子电池的安全性一直是发展电动汽车所关注的问题，是制约高容量动力型锂离子 电池投入实际生产和使用的重要因素。锂电池问世的时候，由于锂枝晶导致电池 内部短路，造成电池燃烧爆炸，因此阻碍了锂电池的进一步发展。在锂离子电池 中，锂始终以锂离子形态存在，因此它相对于锂电池有较大的安全性。但由于充 好电的电池本身是储能设备，并且锂离子电池采用的电解液是有机溶液，有含氟 锂盐，具备燃烧和腐蚀条件。当电池发生过充电(V4.2V)时，会使电解质分解，引起电池内部涨气，有爆炸危险，存在相当大的安全隐患。目前对锂离子电池的 过充电保护采用的是通过外加专用的保护电路、放气阀门或PTC元件(正温度系 数开关)来实现的，这对于电池组会增加不少成本。通过添加电解液添加剂实现 电池的过充电保护，对于简化电池制造工艺，降低电池生产成本具有极其重要的 意义。

常见的防过充添加剂主要有两类:氧化还原对添加剂和电聚合添加剂。氧化 还原对添加剂的工作原理是在锂离子电池正常电压时不发生任何电化学反应,但 是在电池发生过充时,添加剂在正极附近被氧化,形成活性分子,然后扩散到负极 被还原,形成中性分子,接着再扩散到正极,如此反复循环从而达到防过充的目的。 电解液中添加防过充添加剂是应对过充问题的经典方法，无论是消费类电池还是 动力电池电解液中几乎都含有防过充添加剂。但是，寻找和设计既安全有效又对 电池性能无负面影响、成本低的过充添加剂是一项极具挑战的工作。

发明内容

本发明的第一个目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于咔唑基小环有 机分子的氧化还原电对防过充添加剂，该添加剂能够有效防止电池过充，并且对 电池性能无负面影响，成本较低，制备过程简单无污染。

本发明提供了一种基于咔唑基小环有机分子的氧化还原电对防过充添加剂 r-mPh-BCz，其结构通式如下：

其中R₁、R₂、R₃、R₄各自独立为H、Me、Et、iPr、tBu、OMe、OEt中的 一种；Ar＝

防过充添加剂r-mPh-BCz具有较高的氧化还原电位，在3.5～4.5V的电压范 围下有氧化还原反应发生，并且r-mPh-BCz的氧化还原反应可逆，反应中间体 稳定。

将r-mPh-BCz作为过充保护添加剂添加到电解液中，当电池充电电压超过 4.2V时，电解液中的r-mPh-BCz优先发生氧化还原反应，以抑制电解液自身的 分解，避免电池由于电解液分解造成容量衰减甚至短路热失控，有效提升了电池 的循环稳定性和安全性。