[发明专利]一种电解液添加剂、含该添加剂的电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种电解液添加剂、含该添加剂的电解液及锂离子电池，本发明合成的二(三烷基硅基)氟磷酸酯结构中既包含两个三烷基硅基、磷酸酯基团，又包含氟元素；因此能够兼具除酸、正极成膜的功能，从而可降低电解液中氢氟酸的含量，以显著提高含有该电解液添加剂的锂离子电池在高电压下的循环稳定性，进而延长其使用寿命。同时本发明的电解液添加剂二(三烷基硅基)氟磷酸酯的合成工艺简单、反应条件温和、产物易分离纯化、无离心、精馏等复杂工序，生产效率高，且制备得到的二(三烷基硅基)氟磷酸酯的纯度高，具有较高的工业化前景。

技术领域

本发明属于锂电池领域，尤其涉及一种电解液添加剂、含该添加剂的电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种储能装置已广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能电站等领域。随着人们对高能量密度需求的不断提升，高电压体系已成为未来锂离子电池的主要发展方向。目前锂离子电池大多采用以六氟磷酸锂为主要锂盐，有机碳酸酯、羧酸酯为溶剂的电解液。然而，六氟磷酸锂对水和高温敏感，易分解生成氢氟酸，进而腐蚀电极材料，恶化电池性能；同时常规有机碳酸酯溶剂在高电压下不稳定，易被氧化分解产气，导致电池库伦效率降低，容量衰减。因此开发新型除酸、高电压成膜添加剂，从而有效提升电池循环性能具有非常重要的意义。

Yan等在Journal of Power Sources，2014，248，1306-1311中报道了三(三甲基硅基)磷酸酯可作为一种锂离子电池高电压正极成膜添加剂使用；AurélieGuéguen等在ACSAppl.Energy Mater.，2020，3，1，290-299中报道了三(三甲基硅基)磷酸酯在电解液中的除酸机制。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种新型锂离子电池电解液添加剂二(三烷基硅基)氟磷酸酯、其制备方法、含该添加剂的电解液及锂离子电池，使用该添加剂的锂离子电池具有优异的电化学性能。

本发明是通过如下技术方案实现所述技术效果的：

本发明提供一种如式I所示结构的化合物：

其中，R₁、R₂、R₃相同或不同，各自独立的选自C_1-5烷基、C_1-5烯基。

根据本发明的实施方案，R₁、R₂、R₃相同或不同，各自独立的选自C_1-2烷基、C_1-2烯基。

本发明还提供式(I)所示化合物的制备方法，包括以单氟磷酸钠、三烷基氯硅烷为起始物进行反应，得到式(I)化合物：

其中，R₁、R₂、R₃具有如上文所述的定义。

根据本发明的实施方案，所述制备方法可以在溶剂如非水溶剂A的存在下进行。例如，所述的非水溶剂A可以选自下列的至少一种：甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、吡啶、N-甲基吡咯烷酮或腈类。

根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括待反应完成后加入溶剂如非水溶剂B，以得到式(I)所示化合物粗品。例如，所述的非水溶剂B可以选自下列的至少一种：正己烷、戊烷或石油醚。

本发明对非水溶剂B的加入量不做特别限定，以能够将式(I)所示化合物粗品分离即可，且非水溶剂B的加入量对分离效果影响不大。

根据本发明的实施方案，所述单氟磷酸钠与三烷基氯硅烷的摩尔比为1:2～1:2.6，优选1:2.3～1:2.5；示例性为1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6。