[发明专利]一种促进石墨碳负极成膜的氟代烷基磺酰亚胺类添加剂及含该添加剂的电解液

说明书

本发明公开了一种结构式如式Ⅰ所示的促进石墨碳负极成膜的氟代烷基磺酰亚胺类锂离子电池电解液添加剂：其中，R₁为氢、苯环、五元或六元的杂环基团，所述五元或六元的杂环基团选自呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪，R₂和R₃为F原子或甲基、乙基、丙基中1～3个氢原子被F取代的氟代烷基。该氟代烷基磺酰亚胺类添加剂所形成的SEI膜性优于VC所形成的SEI膜，更好的改善石墨碳负极的循环稳定性，提高锂离子电池的安全性能，表现出良好的实用性和经济价值。

技术领域：

本发明涉及锂离子电池电解液领域，具体涉及一种促进石墨碳负极成膜的氟代烷基磺酰亚胺类添加剂及含该添加剂的电解液。

背景技术：

锂离子电池(LIBs)由于高能量密度和长循环寿命成为消费电子产品的主要电源，在电动车、电动工具和储能等领域也表现出很好的应用前景。石墨类碳材料是目前商业化锂离子电池最常用的负极材料，具有稳定的循环性能和较高的安全性能。在低电化学电势条件下，石墨碳材料中产生的锂沉积问题通常无法完全避免。尤其是，在高电流密度充电条件下，石墨碳材料表面会产生明显的锂枝晶。同时，在循环期间石墨会产生体积变化，造成SEI膜的破裂和电解液的进一步分解，导致石墨碳负极电化学性能的衰退。大量事实表明，在高温(50℃)和低温(-30℃)下，SEI膜离子电导率和稳定性的下降，是造成电池循环性能降低的主要原因。

锂离子电池电解液是电池发挥最佳性能的关键部分。因此，在锂离子电池电解液中加入少量的负极成膜添加剂，往往成为改善电池性能的有效手段。通常，成膜添加剂分子需要有比电解液有机溶剂分子具有更低的最低空轨道值(LUMO)。在锂离子首次嵌入负极过程中，添加剂会优先于有机溶剂分子发生还原反应形成性能优良的SEI膜。特别是，形成的SEI膜致密且均匀，可以抑制电解液的持续还原分解，减少电解液的消耗，避免石墨表面结构降解，从而改善石墨碳电极的循环稳定性，并最终提高锂离子电池的安全性能。VC作为锂离子电池常用的负极成膜添加剂，可以较好的改善石墨碳电极的循环性能，但VC不稳定很容易发生聚合而变质，而且价格比较昂贵。

发明内容：

本发明的目的是提供一种促进石墨碳负极成膜的氟代烷基磺酰亚胺类添加剂及含该添加剂的电解液，该氟代烷基磺酰亚胺类添加剂所形成的SEI膜性能优于VC所形成的SEI膜，更好的改善石墨碳负极的循环稳定性，提高锂离子电池的安全性能，表现出良好的实用性和经济价值。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

结构式如式Ⅰ所示的促进石墨碳负极成膜的氟代烷基磺酰亚胺类锂离子电池电解液添加剂：

其中，R₁为氢、苯环、五元或六元的杂环基团，所述五元或六元的杂环基团选自呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪等，R₂和R₃为F原子或甲基、乙基、丙基中1～3个氢原子被F取代的氟代烷基。

本发明还保护上述促进石墨碳负极成膜的氟代烷基磺酰亚胺类锂离子电池电解液添加剂的应用，用于非水体系锂离子电池电解液，所述非水体系锂离子电池电解液，包括锂盐，非水溶剂和氟代烷基磺酰亚胺类添加剂且所述的氟代烷基磺酰亚胺类锂离子电池电解液添加剂在锂离子电池电解液中所占的重量比例为0.01％-5％，优选为0.5％-1％。

所述非水溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、乙酸乙酯、碳酸甲丙酯、卤代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、γ-丁内酯和γ-戊内酯中的两种以上。

所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或者两种以上。