[发明专利]非水电解液功能添加剂、非水电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种非水电解液功能添加剂、非水电解液及锂离子电池。所述非水电解液包括溶剂、电解质锂盐和式(I)所示化合物的功能添加剂，其中，R为C_1‑6烷基，n为2、3或4。本发明的非水电解液能够改善镍锰酸锂为正极的锂离子电池的高压循环性能、倍率性能和低温性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种苯磺酰环状膦酸酯成膜添加剂、包含其非水电解液及锂离子电池，尤其是以镍锰酸锂为正极材料、石墨为负极材料的锂离子电池。

背景技术

为了提高锂离子电池的能量密度，通常选择应用具有高比容量或高电压的正极材料。在诸多正极材料中，尖晶石镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄因为具有较高的对锂电势(4.75Vvs.Li/Li+)和高比容量(147mAh/g)而受到越来越多专业人员的关注。而镍锰酸锂正极材料还没有广泛使用，存在的核心问题主要是：缺乏能在5V高电压下稳定工作的电解液。传统电解液在较高的平台电压条件下会被持续氧化，而且高电压条件下正极材料会由于过渡金属离子持续溶出使得正极结构不断被破坏，致使电池具有较低的库伦效率和较差的循环寿命。而镍锰酸锂的最高充电截止电压可达5.2V，因此常规电解液在此条件下的氧化分解问题变得明显起来。

一般而言，提高电解液耐压性能的方法有引入耐高压的氟代溶剂和寻找正极成膜添加剂。正极成膜添加剂对于耐高压性能的提高作用机理为：添加剂先于碳酸酯类被氧化，在正极表面形成CEI膜来阻止电解液的进一步氧化分解，保护正极材料结构不被破坏。现有报道很多添加剂对高压性能提高有效果，例如发明专利CN109473721A、CN105762412A、CN105336991B分别使用杂环腈、烯二腈类、氰基磺酸酯类化合物作为锂离子电解液的高压成膜添加剂，该类添加剂基于双键的氧化或者还原，在首次充放电过程中能够在正极和负极表面形成一层致密的钝化膜，氰基的引入使得表面膜具有良好的电化学、化学稳定性。含有这种电解液添加剂的锂离子电池在3～4.5V下的循环性能得到改善，但是该功能添加剂只能应用于电压在4.5V以下的锂离子电池体系，应用于5V高电压体系并不适用。

针对LiNi_0.5Mn_1.5O₄高压体系，中国专利CN109950623A、CN 110504489A分别提出将氟代硫磷化合物、硫磷酰胺化合物作为正极成膜添加剂，有效提高了LiNi_0.5Mn_1.5O₄/石墨电池4.95V高压循环性能，然而这类化合物不仅易与电解液中的LiPF₆反应导致游离酸升高，而且电池阻抗较大，对于倍率性能和低温性能不利。中国专利CN 103515651B采用氟代苯硫醚作为正负极成膜添加剂，在正极半电池和负极半电池中表现较好，而在全电池中效果并不明显。

因此，有必要开发一种适用于镍锰酸锂/石墨体系锂电池的5V高压电解液。

发明内容

为了解决以镍锰酸锂为正极、石墨为负极的锂离子电池在使用过程中电池高电压循环较差、倍率和低温性能较差等问题的至少之一，本发明提供了一种新的苯磺酰环状膦酸酯类添加剂，以及包含其的电解液。

具体地，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种非水电解液功能添加剂，其为式(I)所示化合物：

其中，R为H或C_1-4烷基，n为2、3或4。