本發(fā)明屬于電池，具體涉及一種非水電解液添加劑及其非水電解液、鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、電解液被譽(yù)為鋰離子電池中的“血液”，作為正負(fù)極之間鋰離子傳輸?shù)拿浇?，?duì)鋰離子電池中電極材料容量的發(fā)揮、電池循環(huán)穩(wěn)定性、電池安全性等起著至關(guān)重要的作用。

2、提升鋰離子動(dòng)力電池的比能量是滿足新能源電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航需求的根本途徑，高比能電池如富鎳鎳錳鈷酸鋰(nmc，ni>0.6)正極搭配硅碳負(fù)極(ncm811|sio-gr)或搭配鋰金屬負(fù)極(ncm811|li)、多硫化鋰正極搭配鋰金屬負(fù)極(鋰硫電池)等成為研發(fā)的熱點(diǎn)體系。然而，但這些搭配面臨諸多挑戰(zhàn)。以ncm811|sio-gr搭配為例，負(fù)極在循環(huán)過程中發(fā)生的的體積變化導(dǎo)致sei膜持續(xù)破壞；正極富鎳層狀結(jié)構(gòu)在長循環(huán)下會(huì)發(fā)生顯著的結(jié)構(gòu)變化和界面副反應(yīng)，包括ni/li混排、過渡金屬溶出、鎳離子價(jià)態(tài)變化導(dǎo)致材料活性氧的析出，進(jìn)而催化電解液分解。這些問題在高溫環(huán)境下尤為顯著，高溫下電解液極不穩(wěn)定，會(huì)促進(jìn)六氟磷酸鋰(lipf6)的分解，并產(chǎn)生hf，導(dǎo)致固體電解質(zhì)界面膜(sei/cei)和溶劑的分解，最終導(dǎo)致電池老化和過早失效，限制鋰離子電池的應(yīng)用范圍。另一方面，電極在高荷電狀態(tài)(soc)下充放電能大幅度提升電池的使用效率，但極容易使電池內(nèi)部快速升溫導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷，從而誘發(fā)電池?zé)崾Э?，給鋰離子電池在高溫下帶來了更高的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，高倍率充放電會(huì)加速電池循環(huán)老化的程度。因此，在追求高比能量的同時(shí)，必須克服這些挑戰(zhàn)，以確保鋰離子電池在實(shí)際應(yīng)用中具有可靠性和安全性。

3、在面對(duì)上述挑戰(zhàn)時(shí)，一種有效的策略是采用電解液調(diào)控措施，尋找適應(yīng)電池體系的電解液配方以優(yōu)化性能。然而，傳統(tǒng)電解液應(yīng)用于電池中還存在某些問題，例如在正負(fù)極表面形成的界面膜不穩(wěn)定，界面阻抗大不利于鋰離子傳輸，尤其在高溫或高倍率下，電解液與電極材料的副反應(yīng)加劇，出現(xiàn)電池高溫循環(huán)性能和倍率性能差的問題。

4、為解決這些問題，引入適量的成膜添加劑到電解液體系中，以改善正負(fù)極的界面膜性能被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)有效的手段，從而提高電解液的穩(wěn)定性，全面提升鋰離子電池性能。這種方法不僅可以有效應(yīng)對(duì)電池在高溫或高倍率工作條件下的挑戰(zhàn)，還有助于增強(qiáng)鋰離子電池的可靠性和長期穩(wěn)定性，因此成膜添加劑的開發(fā)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的電解液，在負(fù)極界面形成的sei膜在高溫下不穩(wěn)定，阻抗較大，出現(xiàn)電池高溫循環(huán)性能和倍率性能差的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N非水電解液添加劑及其非水電解液、鋰離子電池。

2、為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N非水電解液添加劑，其特征在于，所述添加劑為結(jié)構(gòu)式1所示化合物，

3、

4、其中，r包括被原子或官能團(tuán)取代或未被取代的烴基、被原子或官能團(tuán)取代或未被取代烷氧基、被原子或官能團(tuán)取代或未被取代的芳基、被原子或官能團(tuán)取代或未被的雜環(huán)基、被原子或官能團(tuán)取代或未被的磺?；Ⅴセ?、鹵素、被原子或官能團(tuán)取代或未被的膦酸酯基、被原子或官能團(tuán)取代或未被的次膦酸酯基中的至少一種。

5、優(yōu)選的，所述雜環(huán)基包括氮雜環(huán)、硼雜環(huán)中的至少一種；

6、所述原子或官能團(tuán)選自鹵素、n原子、碳原子數(shù)1～6的烷基

7、芳基包括嘧啶基、吡啶基、苯基中的至少一種；

8、所述烴基包括碳原子數(shù)為1～6的烴基；

9、所述烷氧基的碳原子數(shù)為1～6。

10、優(yōu)選的，r包括中的至少一種；

11、其中r1包括碳原子數(shù)4～12的芳基、鹵素取代或未取代的碳原子數(shù)為1～6烷基、鹵素中的至少一種；

12、r2、r3各自獨(dú)立的選自鹵素取代或未取代的碳原子數(shù)為1～6的烴基。

13、優(yōu)選的，所述添加劑選自以下化合物中的一種或多種：

14、

15、

16、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N非水電解液，包括上述所述的非水電解液添加劑、非水有機(jī)溶劑和電解質(zhì)鋰鹽。

17、優(yōu)選的，以所述水電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述非水電解液添加劑的質(zhì)量百分含量為0.01～5.0％。

18、優(yōu)選的，以所述水電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述非水電解液添加劑的質(zhì)量百分含量為0.5～3％。

19、優(yōu)選的，所述非水溶劑包括醚類溶劑、腈類溶劑、碳酸酯類溶劑和羧酸酯類溶劑中的一種或多種；

20、所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或多種；

21、以所述非水電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述非水溶劑的質(zhì)量百分含量為90％～98.99％，所述鋰鹽的摩爾濃度為1～3mol/l。

22、優(yōu)選的，所述電解液還包括輔助添加劑，所述輔助添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯中的至少一種；

23、以所述非水電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述輔助添加劑的質(zhì)量百分含量為1～5％。

24、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鋰離子電池，包括正極、負(fù)極和上述所述的非水電解液。

25、本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆撬娊庖禾砑觿?，一方面該添加劑分子是由苯并吡咯組合的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)，具有芳香性，且其最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)(lumo)較低，最高占據(jù)分子軌道能級(jí)(homo)較高，這使得添加劑更傾向于在電極界面處發(fā)生聚合，在聚合物主鏈中存在苯和吡咯環(huán)，這使得其sei膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性且不溶于電解液。另一方面，該吲哚類電解液添加劑可以吸收體系中的水或質(zhì)子酸，吲哚中n元素促使該添加劑更容易與鋰離子配位，進(jìn)而出現(xiàn)在第一溶劑化殼層中，并在電極表面形成含有l(wèi)i3n的固體電解質(zhì)界面膜(sei/cei)膜，抑制電池內(nèi)阻增加，同時(shí)降低電池的阻抗，提高鋰離子電池的高溫循環(huán)性能和倍率性能。與此同時(shí)，添加劑還具有抑制電解液與活性材料之間副反應(yīng)的能力，有效減少過渡金屬離子的溶出，為鋰離子電池的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的支持。

26、本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆撬娊庖禾砑觿?，?yīng)用于鋰離子電池中，具有抑制電池內(nèi)阻增加，同時(shí)降低電池阻抗，提高電池高溫循環(huán)性能、倍率性能和安全性能，降低電池的生產(chǎn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種非水電解液添加劑，其特征在于，所述添加劑為結(jié)構(gòu)式1所示化合物，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解液添加劑，其特征在于，所述雜環(huán)基包括氮雜環(huán)、硼雜環(huán)中的至少一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非水電解液添加劑，其特征在于，r包括中的至少一種；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解液添加劑，其特征在于，所述添加劑選自以下化合物中的一種或多種：

5.一種非水電解液，其特征在于，包括權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的非水電解液添加劑、非水有機(jī)溶劑和電解質(zhì)鋰鹽。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非水電解液，其特征在于，以所述非水電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述非水電解液添加劑的質(zhì)量百分含量為0.01～5.0％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非水電解液，其特征在于，以所述非水電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述非水電解液添加劑的質(zhì)量百分含量為0.5％～3％。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非水電解液，其特征在于，所述非水溶劑包括醚類溶劑、腈類溶劑、碳酸酯類溶劑和羧酸酯類溶劑中的一種或多種；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非水電解液，其特征在于，所述電解液還包括輔助添加劑，所述輔助添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯中的至少一種；

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極和權(quán)利要求5-8任意一項(xiàng)所述的非水電解液。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N非水電解液添加劑及其非水電解液、鋰離子電池；所述添加劑為結(jié)構(gòu)式1所示化合物，其中，R包括被原子或官能團(tuán)取代或未被取代的烴基、被原子或官能團(tuán)取代或未被取代烷氧基、被原子或官能團(tuán)取代或未被取代的芳基、被原子或官能團(tuán)取代或未被的雜環(huán)基、被原子或官能團(tuán)取代或未被的磺?；Ⅴセ?、鹵素、被原子或官能團(tuán)取代或未被的膦酸酯基、被原子或官能團(tuán)取代或未被的次膦酸酯基中的至少一種。本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆撬娊庖禾砑觿?，具有抑制電池?nèi)阻增加，同時(shí)降低電池阻抗，提高電池高溫循環(huán)性能、倍率性能和安全性能，降低電池的生產(chǎn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：王軍,陳珊珊,馬國華,鄧永紅,余霞,尹玲霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29