[发明专利]电解液添加剂、含添加剂的电解液及使用电解液的锂电池

说明书

本申请公开了一种电解液添加剂、含添加剂的电解液及使用电解液的锂电池。所述添加剂包括卤素取代的环状碳酸酯和环烷基类二异氰酸酯，其制备得到的电解液还包括电解质和溶剂。所述电解液适用于充电电位不低于4.5V(vs.Li/Li⁺)的锂离子电池，可在正极材料表面原位形成一层耐高压的界面膜，这层膜能够有效提高锂离子电池的高电位循环性能。

技术领域

本申请涉及一种电解液添加剂、含添加剂的电解液及使用电解液的锂电池，属于二次锂离子电池储能技术领域。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境友好等特点，是目前最有前途的二次电池储能方式。然而现有锂离子电池的能量密度远低于常用化石燃料，难以满足社会和科技发展的需要。最方便的应对策略之一是提高锂离子电池的工作电压。目前已经开发出了多种高电位正极材料，例如LiNi_0.5Mn_1.5O₄(plateau～4.75Vvs Li/Li⁺)，LiNiPO₄(～5.1V vs Li/Li⁺)，LiCoPO₄(～4.8V vs Li/Li⁺)等。然而，现有商业电解液体系的电化学窗口均低于4.5V(vs.Li/Li⁺)，严重限制了这些高电位正极材料的广泛使用。因此，亟需要开发高电位电解液体系。

相比较于更换目前电解液体系中氧化电位较低的有机溶剂和锂盐，采用电解液功能添加剂，在电极表面原位形成一层高压稳定的界面膜是最经济有效的方法。现有正极成膜添加剂多为正极表面吸附或芳香基氧化-聚合成膜。由于成膜机理的原因，前者形成的界面膜稳定性较低，容易受到温度、电极材料体积形变等工况因素的影响；后者的氧化电位与聚合物分解电位相距较近，因此难以适用高于4.5V(vs.Li/Li⁺)的电池体系。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种电解液添加剂及其应用，该电解液添加剂，通过电化学稳定正极界面膜的构筑，可以有效提高锂离子电池的高电位循环性能。

所述电解液添加剂，包括卤素取代的环状碳酸酯和环烷基类二异氰酸酯。

优选地，所述卤素取代的环状碳酸酯和环烷基类二异氰酸酯的质量比为0.01～80:0.01～50。进一步优选地，所述卤素取代的环状碳酸酯和环烷基类二异氰酸酯的质量比为5～1:1。

优选地，所述卤素取代的环状碳酸酯选自具有式(I)所示结构式的化合物中的至少一种：

其中，R选自H、链烷基中的一种；X选自卤素中的一种。

优选地，X选自F、Cl、Br或I。

进一步优选地，X选自F、Cl或Br。

优选地，R选自C₁～C₁₀的链烷基。

进一步优选地，R选自C₁～C₄的链烷基。

优选地，所述卤素取代的环状碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯(简写为FEC)。

优选地，所述环烷基类二异氰酸酯选自结构式中含有饱和六元碳环的化合物中的至少一种。

进一步优选地，所述环烷基类二异氰酸酯选自具有式(II-1)所示结构式的化合物、具有式(II-2)所示结构式的化合物中的一种：

l、m、p、q独立地选自0或1；