[发明专利]电解液添加剂及含该添加剂的低温非水电解液和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种电解液添加剂，包括结构式1或结构式2所示的化合物：其中R₁、R₂选自氢原子、碳原子数为1‑5的烃基、三甲基硅基、氟磺酰基或三氟甲基磺酰基；X₁、X₂为选自碱金属元素。本发明采用了上述结构式1或结构式2所示的化合物作为添加剂，结构式1或结构式2含有磺酰基团、三甲基硅基和亚胺结构，该三官能团通过明显的协同作用，极大的提升了锂离子电池的低温性能，抑制低温析锂，使得锂离子电池在极端低温的环境下能相对正常运作。本发明还提供一种含该添加剂的低温非水电解液和锂离子电池。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，具体涉及一种电解液添加剂及含该添加剂的低温非水电解液和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高比能量、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于3C数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域。随着一些高端领域锂离子电池的使用越来越广泛，对于锂离子电池环境适应的要求也越来越苛刻。南极考察队的电子设备、深海探测设备、航空航天设备等极端领域设备无不对锂离子电池的低温性能提出挑战。

锂离子电池的性能受动力学特性影响比较大，由于Li⁺在嵌入到石墨材料中时需要首先进行去溶剂化，这需要消耗一定的能量，阻碍了Li⁺扩散到石墨内部。相反地，Li⁺在脱出石墨材料进入到溶液中，会首先发生溶剂化过程，而溶剂化过程不需要消耗能量，Li⁺可以快速的脱出石墨，因此也就导致了石墨材料的充电接受能力要明显差于放电接受能力。

在低温条件下，石墨负极的动力学特性进一步变差，因此在充电的过程中石墨负极的电化学极化明显加剧，很容易导致负极表面析出金属锂。德国慕尼黑工业大学的Christian von Lüders等研究显示在-2℃下，充电倍率超过C/2就会显著的增加金属锂的析出量，例如C/2倍率下，负极表面镀锂的数量约为整个充电容量的5.5％，但是在1C倍率下将达到9％。析出的金属锂可能会进一步发展，最终成为锂枝晶，穿破隔膜，导致正负极短路。因此，需要尽量避免锂离子电池在低温条件下充电，当电池必须在低温下充电时，需要尽可能选择小电流对锂离子电池进行充电，并在充电后对锂离子电池进行充分的搁置，从而保证负极析出的金属锂能够与石墨反应，重新嵌入到石墨负极内部。故开发低温性电解液以应对极端环境是对电解液行业的又一挑战。

对此，非常有必要研发一种抑制低温析锂的添加剂以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种电解液添加剂，可极大的提升锂离子电池的低温性能，抑制低温析锂，使得锂离子电池在极端低温的环境下能相对正常运作。

本发明的目的之二是提供一种低温非水电解液，该电解液含上述添加剂。

本发明的目的之三是提供一种锂离子电池，具有很好的低温性能和循环性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电解液添加剂，包括结构式1或结构式2所示的化合物：

其中R₁、R₂选自氢原子、烃基、三甲基硅基、氟磺酰基或三氟甲基磺酰基；X₁、X₂为选自碱金属元素。

较佳地，碱金属元素选自Li、Na、K、Cs中的任意一种。

较佳地，烃基中碳原子数为1-5。

较佳地，所述结构式1或结构式2所示的化合物选自化合物1至化合物8中的至少一种：

其中，化合物2、化合物4、化合物5、化合物7的合成方法分别如下：