本申請(qǐng)涉及鋰電池，尤其涉及一種化合物、電解液、二次電池、電池模塊、電池包和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、在電動(dòng)汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，鋰離子電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，急需開發(fā)輕質(zhì)高能量密度的電池材料，動(dòng)力鋰離子電池相繼涌現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)長續(xù)航、高功率的鋰金屬二次電池提供了可能。然而，鋰離子電池的安全是一個(gè)亟待解決的問題，高溫、針刺、過充、擠壓等濫用條件造成的電池?zé)崾Э厥录奈撮g斷，高容量動(dòng)力鋰離子電池的出現(xiàn)使得安全問題更加嚴(yán)峻。

2、在鋰離子電池中常用的阻燃劑有磷酸酯、亞磷酸酯。如磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、甲基磷酸二甲酯及乙基磷酸二乙酯等磷酸酯類分子中磷原子已是最高價(jià)態(tài)(+5價(jià))，無法捕獲氧原子無抗氧作用只是作為阻燃添加劑加入電解液中。如亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯及亞磷酸三苯酯等亞磷酸酯類分子中磷原子呈+3價(jià)，易失去電子，捕獲氧原子而轉(zhuǎn)化為+5價(jià)相對(duì)應(yīng)的磷酸酯，因此亞磷酸酯不僅可用作阻燃劑，還可以用作電解液的抗氧劑。然而目前的亞磷酸酯分子中磷原子的比重較低，阻燃和抗氧效果一般。

3、為此，提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的在于，提供一種化合物、電解液、電池、電池模塊、電池包和用電裝置，該化合物添加于醚類等電解液中，既抑制了電池過充，又提升了電池的阻燃特性，從而達(dá)成了提高鋰離子電池安全性的目的。

2、為了達(dá)到上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘韵录夹g(shù)方案。

3、本申請(qǐng)的第一方面提供了一種化合物，為具有式ii所示結(jié)構(gòu)的化合物：

4、

5、其中，

6、x＝o或s；

7、n1、n2、n3、n4各自獨(dú)立地取0、1或2；

8、n5，n6各自獨(dú)立地取0或1；

9、r1、r2、r3和r4各自獨(dú)立地為氫，甲基，一氟代甲基，二氟代甲基或三氟代甲基中的一種。

10、由此，本申請(qǐng)的化合物具有雙磷原子為中心的特點(diǎn)，并且該磷原子均處于低價(jià)態(tài)，因而相比現(xiàn)有的單磷原子為中心的化合物，磷原子的比重更大及還原性更強(qiáng)，從而用作電池電解液的抗氧劑和阻燃劑時(shí)(例如鋰離子電池的醚類電解液)，更能抑制氧引起的過充問題，又可以更進(jìn)一步提高電池阻燃性。

11、在任意實(shí)施方式中，r1、r2、r3和r4各自獨(dú)立地為一氟代甲基，二氟代甲基或三氟代甲基中的一種。

12、末端烷氧基進(jìn)行氟代后可以降低電池放熱值和自燃率，提高阻燃效果，從而提高電池的安全性。

13、在任意實(shí)施方式中，所述化合物為：

14、

15、

16、

17、

18、

19、

20、

21、

22、

23、

24、

25、在任意實(shí)施方式中，n1、n2、n3、n4中至少一個(gè)取2。

26、末端烷氧基鏈越長，化合物的沸點(diǎn)越高以及與醚類溶劑的相容性更好，添加到電解液體系電池放熱值和自燃率更低，但鏈過長時(shí)粘度過大，對(duì)電導(dǎo)率反而不利。綜合考慮，優(yōu)選n1、n2、n3、n4中至少一個(gè)取2，更優(yōu)選全部取2。

27、在任意實(shí)施方式中，r1、r2、r3和r4中至少兩個(gè)相同，更優(yōu)選全部相同。

28、此時(shí)化合物的對(duì)稱性更好，具有更高相容性與更低粘度，能保障電池的長循環(huán)壽命，同時(shí)其閃點(diǎn)、沸點(diǎn)較高，添加到電解液體系可以降低了電池放熱值和自燃率。

29、本申請(qǐng)的第二方面提供了一種電解液，其包括電解質(zhì)鹽、有機(jī)溶劑和添加劑，所述添加劑包括上文所述的化合物中的至少一種。

30、如上文所述，本申請(qǐng)的化合物既可以作為電池電解液的抗氧劑，又可以作為阻燃劑。

31、在任意實(shí)施方式中，所述添加劑包括以下化合物中的至少一種：

32、

33、

34、這些化合物添加到鋰離子電池電解液中，在延長循環(huán)壽命、抑制過充問題、降低可燃性等方面都同時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異。

35、在任意實(shí)施方式中，所述添加劑包括以下化合物中的至少一種：

36、在兩個(gè)化合物添加到鋰離子電池電解液中，在延長循環(huán)壽命、抑制過充問題、降低可燃性等方面都獲得顯著進(jìn)步。

37、在任意實(shí)施方式中，所述電解液中所述添加劑的質(zhì)量比為1wt％～25wt％，優(yōu)選5wt％～15wt％，優(yōu)選10wt％～15wt％。

38、使用具有上述范圍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的本申請(qǐng)化合物，既可以提高電解液的抗氧化性抑制過充及提高阻燃特性，又不會(huì)顯著影響電解液的離子傳輸性能而保障其長循環(huán)性能。

39、在任意實(shí)施方式中，所述有機(jī)溶劑包括醚類，優(yōu)選包括以下化合物中的至少一種或其衍生物：

40、

41、相比其他類型溶劑，醚的耐氧性不足更明顯，本申請(qǐng)的化合物用于醚類溶劑既能解決其耐氧差帶來的過充嚴(yán)重問題，又可以利用醚類溶劑的低粘度、溶解能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)改善電池的其他方面性能。

42、優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑包括以下化合物中的至少一種：

43、

44、更優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑包括中的至少一種。相比其他醚類溶劑，這兩種醚與本申請(qǐng)化合物的協(xié)同效果更佳，應(yīng)用于鋰離子電池在延長循環(huán)壽命、抑制過充問題、降低可燃性等方面都有更顯著進(jìn)步。

45、在任意實(shí)施方式中，所述電解質(zhì)鹽包括以下中的至少一種：雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)、六氟磷酸鋰(lipf6)、四氟硼酸鋰(libf4)、六氟砷酸鋰(liasf6)、雙三氟甲磺酰亞胺鋰(litfsi)、三氟甲磺酸鋰(liotf)、二氟磷酸鋰(lidfp)、二草酸硼酸鋰(libob)、二氟草酸硼酸鋰(lidfob)、二氟二草酸磷酸鋰及四氟草酸磷酸鋰，優(yōu)選包括雙氟磺酰亞胺鋰。

46、在任意實(shí)施方式中，所述電解液中所述電解質(zhì)鹽的濃度為0.5mol/l～5mol/l，優(yōu)選1mol/l～3mol/l，更優(yōu)選1.5mol/l～2.5mol/l。

47、使用具有上述范圍的鋰鹽濃度，既不過高以至于影響電解液的離子傳輸性能，又不過低影響電解液對(duì)正負(fù)極的穩(wěn)定性。

48、本申請(qǐng)的第三方面提供了一種二次電池，其包括正極、負(fù)極和第二方面所述的電解液，所述二次電池優(yōu)選鋰電池。

49、本申請(qǐng)的第四方面提供了一種電池模塊，其包括第三方面所述的二次電池。

50、本申請(qǐng)的第五方面提供了一種電池包，其包括第四方面所述的電池模塊。

51、本申請(qǐng)的第六方面提供了一種用電裝置，其包括選自第三方面所述的二次電池、第四方面所述的電池模塊或第五方面所述的電池包中的至少一種。

52、綜上，本申請(qǐng)通過氧原子或硫原子將兩個(gè)磷原子相連所設(shè)計(jì)的亞磷酸酯化合物可以提升磷原子占比及阻燃效果，提高還原性從而提高抗氧性。經(jīng)過在鋰離子電池中的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)添加本申請(qǐng)化合物的電池的過充時(shí)間比沒有添加該化合物的電池延長一倍以上，同時(shí)可燃性也從60s/g以上降至0。

技術(shù)特征：

1.一種化合物，其特征在于，為具有式ii所示結(jié)構(gòu)的化合物：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于，r1、r2、r3和r4各自獨(dú)立地為一氟代甲基，二氟代甲基或三氟代甲基中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化合物，其特征在于，n1、n2、n3、n4中至少一個(gè)取2，優(yōu)選全部為2。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化合物，其特征在于，r1、r2、r3和r4中至少兩個(gè)相同，優(yōu)選全部相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于，為以下化合物：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化合物，其特征在于，添加劑為以下：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化合物，其特征在于，為以下：

8.一種電解液，其特征在于，包括電解質(zhì)鹽、有機(jī)溶劑和添加劑，所述添加劑包括權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的化合物。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解液，其特征在于，所述電解液中所述添加劑的質(zhì)量比為1wt％～25wt％，優(yōu)選5wt％～15wt％，優(yōu)選10wt％～15wt％。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電解液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括醚類，優(yōu)選包括以下化合物中的至少一種或其衍生物：

11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電解液，其特征在于，所述電解質(zhì)鹽包括以下中的至少一種：雙氟磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰、三氟甲磺酸鋰、二氟磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟二草酸磷酸鋰及四氟草酸磷酸鋰，優(yōu)選包括雙氟磺酰亞胺鋰。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電解液，其特征在于，所述電解液中所述電解質(zhì)鹽的濃度為0.5mol/l～5mol/l，優(yōu)選1mol/l～3mol/l，更優(yōu)選1.5mol/l～2.5mol/l。

13.一種二次電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極和權(quán)利要求8-12任一項(xiàng)所述的電解液，所述二次電池優(yōu)選鋰電池。

14.一種電池模塊，其特征在于，包括權(quán)利要求13所述的二次電池。

15.一種電池包，其特征在于，包括權(quán)利要求14所述的電池模塊。

16.一種用電裝置，其特征在于，包括選自權(quán)利要求13所述的二次電池、權(quán)利要求14所述的電池模塊或權(quán)利要求15所述的電池包中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N化合物、電解液、電池、電池模塊、電池包和用電裝置。本申請(qǐng)的化合物具有雙磷原子為中心的特點(diǎn)，并且該磷原子均處于低價(jià)態(tài)，因而相比現(xiàn)有的單磷原子為中心的化合物，磷原子的比重更大及還原性更強(qiáng)，從而用作電池電解液的抗氧劑和阻燃劑時(shí)，更能抑制氧引起的過充問題，又可以更進(jìn)一步提高電池阻燃性。

技術(shù)研發(fā)人員：萬攀,劉成勇,王瀚森,張儒鵬,王禹淳,黃圣源
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21