[发明专利]一种高电压电解液添加剂，高电压电解液和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种高电压电解液添加剂，该添加剂为不饱和五元杂环上接枝有腈基基团的杂环腈类化合物，其能够在正极材料表面形成致密且稳定的界面膜，有效抑制电解液的氧化分解。采用含有该添加剂的高电压电解液制得的锂离子电池在高电压下的循环性能和高温搁置性能得到有效提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高电压电解液添加剂，高电压电解液和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其具有工作电压高、比能量大、循环寿命长及无记忆效应等特点而被人们广泛地使用。目前锂离子电池已经普遍应用于3C消费类电子产品领域，并且随着新能源汽车的发展，在动力和储能领域锂离子电池也越来越普遍地被使用。与此同时，对其能量密度也提出了更高的要求，提高电池的充电截止电压是增加能量密度的手段之一。电解液因作为锂离子电池的“血脉”而起着至关重要的作用，但在高电压下，平时所使用的电解液往往会不断地发生氧化分解等副反应，导致电池性能的持续恶化，无法实现高能量密度的目标，因此开发在高电压下性能稳定且优异的电解液势在必行。

电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂组成，锂盐一般使用商业化的LiPF₆为导电盐；溶剂通常为环状碳酸酯溶剂(如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等)和线性碳酸酯溶剂(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等)的混合物；而添加剂的种类繁多，通常根据用途来进行选择；因其在电解液中用量少、功能大而被广泛地研究开发。一般的腈类化合物因其可以增大电解液的电化学窗口，改善电池的循环性能而作为高电压电解液添加剂被广泛地使用，但是此类化合物对电池在高温下的搁置性能并无明显的改善作用。离子液体作为高电压电解液添加剂正逐渐被人们关注，其加入到电解液中，其可以在正极表面形成一层致密的聚合膜层，从而稳定电池体系；但是离子液体较高的粘度限制了其更为广泛的使用。此外，有研究发现，在高电压电池体系中引入少量的噻吩及其衍生物、酸酐、吲哚等添加剂也可以提高电池的循环性能。

发明内容

基于此，本发明提供了一种高电压电解液添加剂，该添加剂能够在正极材料表面形成致密且稳定的界面膜，有效抑制电解液的氧化分解。采用含有该添加剂的高电压电解液制得的锂离子电池在高电压下的循环性能得到有效提高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高电压电解液添加剂，所述高电压电解液添加剂为不饱和五元杂环上接枝有腈基基团的杂环腈类化合物，其化学结构式如(I)所示：

其中，X为O、S、N中的一种；Y₁和Y₂分别独立的选自亚烷基、卤代亚烷基、亚烯基、卤代亚烯基、亚芳基或卤代亚芳基中的一种。

进一步的，所述卤代亚烷基、卤代亚烯基、卤代亚芳基中所述的卤代为卤素部分取代或全部取代，所述的卤素为氟、氯、溴中的一种或几种。

优选的，所述高电压电解液添加剂的具体化合物见结构式(A～F)，应该理解的，以下结构式(A～F)仅限于举例，高电压电解液添加剂包括但不限于结构式(A～F)，高电压电解液添加剂应当以权利要求书的保护范围为准。

上述的高电压电解液添加剂是将具有耐高压的腈基基团通过化学键接枝到不饱和五元杂环上，使得其具有高电压成膜能力，通过两者的协同作用在正极材料表面形成致密且稳定的界面膜，有效抑制电解液的氧化分解。

本发明的另一个目的在于提供一种高电压电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂为上述的高电压电解液添加剂。