[发明专利]一种环状磺酸酯类锂离子电池电解液添加剂、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种环状磺酸酯类锂离子电池电解液添加剂，具有如式Ⅰ所示的结构：其作为添加剂之一，与非水溶剂、电解质锂盐可构成锂离子电池非水电解液，设置于负极和正极之间，可用来制备一种锂离子电池。本发明提供了一种环状磺酸酯类添加剂应用于锂电池，可有效地抑制了高温循环和高温存储时电池容量的降低，同时可抑制电解液分解产气。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种环状磺酸酯类锂离子电池电解液添加剂、其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池主要由正极、非水系电解液和负极构成。作为构成锂离子电池的负极，已知有例如金属锂、能吸收和释放锂的金属化合物(例如金属单体、氧化物、与锂的合金等)以及碳材料等，特别是使用了能吸收/释放锂的人造石墨、天然石墨等碳材料的锂离子电池得以广泛应用。目前，对于将天然石墨、人造石墨等高结晶化的碳材料作为负极材料使用的锂离子电池，在充电时非水系电解液中的非水系溶剂在负极表面被还原分解，因而由此产生的分解物、气体会阻碍电池原本的电化学反应，从而使循环特性降低。

另外，对于将锂金属、及其合金、硅、锡等金属单体、氧化物等作为负极材料使用的锂离子电池，虽然初始容量高但在循环中负极材料的微粉化加剧，因此与碳材料的负极相比，容易发生非水系溶剂的还原分解，由此导致伴随电池的容量、循环特性之类的电池性能大幅降低。

针对正极，已知的有LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄等，使用了这些的锂离子电池在充电状态下变为高温时，在正极材料与非水系电解液的界面非水系电解液中的非水系溶剂会局部地部分氧化分解，因而由此产生的分解物、气体会阻碍电池原本的电化学反应，导致电池循环特性等性能下降。

为了克服这些正负极的局部分解及提高以长期耐久性、输出特性为代表的电池性能，对于离子传导性高、且电子传导性低、长期形成稳定的SEI而言是重要的，目前一般通过在电解液中加入少量环状磺酸酯类的添加剂，如DTD、PST、PS等添加剂，来促进SEI膜的形成，由此达到抑制在负极上的溶剂的分解反应，抑制高温贮藏时的电池的容量降低，抑制气体产生，以及抑制电池负荷特性的劣化。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种环状磺酸酯类锂离子电池电解液添加剂，具有如式Ⅰ所示的结构：

式中，R₁和R₂独立地选自氢原子、氟原子、苯基、含氟原子或氰基的苯基、碳原子数1-6的直连或非直连烷基、含氟原子的碳原子数1-6的烷烃基中的一种；n为1或2。

上述通式对应的一系列的添加剂可由以下方法统一制得：

1)在惰性气体的保护下以及在20-110℃的温度条件下，将原料1、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合物均匀的分散在溶剂中，反应时间1-24h，减压脱溶剂至无馏分，浓盐酸酸化获得中间体1粗品；

所述原料1和中间体1的结构如下：

n为1或2；

所述亚硫酸钠用量为原料1摩尔数的0.2-0.8倍，优选0.3-0.5倍；所述亚硫酸氢钠用量为原料1摩尔数的1.8-2.4倍。

所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、乙腈或THF中的一种或多种的组合；

2)在惰性气体的保护下，向所得中间体1中加入有机溶剂，于80-180℃回流分水，至无水分分出，减压脱溶剂至无馏分，并于10-3000Pa，100-230℃加热反应时间1-20h，即得环状磺酸酯类锂离子电池电解液添加剂；所述有机溶剂选自氯苯、二氯苯或硝基苯中的一种或多种的组合。

具体地，本发明环状磺酸酯类锂离子电池电解液添加剂具有如式S01-S27所示的具体结构：