[发明专利]一种电解液添加剂、锂二次电池电解液和锂二次电池

说明书

本发明实施例提供了一种用于终端、智能车或电动车的电池电解液添加剂，其分子结构中包括由三个氮原子和三个磷原子构成的六元环结构，每个磷原子上包括两个取代基团，取代基团分别表示为R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，所述R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆中至少有一个取代基团为取代磺酸基，其余取代基团分别选自氟、氯、溴、烷基、卤代烷基、烷氧基、卤代烷氧基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基、取代磷酸酯基、取代酰亚胺基或取代磺酰亚胺基中。该电解液添加剂兼具阻燃和耐高电压的双重特性，将其应用于锂二次电池，可有效改善锂二次电池的高电压循环性能和安全可靠性。本发明还提供了锂二次电池电解液和锂二次电池。

技术领域

本发明涉及锂二次电池技术领域，特别是涉及一种电解液添加剂、锂二次电池电解液和锂二次电池。

背景技术

锂二次电池由于能量密度高、工作电压高、使用寿命长、自放电率低和环境友好等优点，已在便携式电子产品(智能手机、数码相机、笔记本电脑等)中得到了广泛的应用，随着电动汽车和大规模储能电网等新能源产业的快速发展，对电池能量密度提出了更高的要求，其中开发高比容量正负极材料和高电压正极材料是目前提升锂二次电池能量密度的主要技术手段。然而聚焦于高比容量和高电压材料的使用，势必会带来液态锂二次电池的安全问题。目前，锂二次电池的电解质主要为非水有机电解液(常规为碳酸酯类电解液)，当电池在滥用(热冲击、过充、针刺和外部短路等)状态下因其电解液存在易挥发、易燃烧等隐患，极易引起电池热失控而导致的安全性问题。另一方面，碳酸酯类电解液在高电压正极材料(4.4V)的使用下，会发生不可逆的氧化分解，导致电池性能的恶化。

针对碳酸酯类电解液存在的易燃和不耐高电压的问题，一方面，研究人员采用耐燃性和抗氧化性高的砜类、腈类、氟代溶剂和离子液体等物质作为电池电解液的溶剂，可以提高电解液的耐燃性和电池的工作电压。然而，由于采用上述溶剂替换商用碳酸酯类溶剂，不仅降低了电解液的电导率，而且降低了对电极及隔膜的浸润性，同时上述溶剂与正负极材料的兼容性较差。因此，以上的不足，严重损害了锂二次电池的电化学性能，限制了其应用。另一方面，研究人员采用向常规电解液中分别添加阻燃添加剂和耐高电压添加剂。多种功能添加剂的同时添加，虽然在一定程度上可以解决上述电解液相应的问题，但是过多功能添加剂的使用增加了电解液的粘度和电池的阻抗，进而降低了电池的低温和倍率性能。另外，虽然广泛报道的阻燃剂(磷酸酯、亚磷酸酯、卤代碳酸酯和卤代醚等)可以提高电解液的耐燃性，但是它们与正负极材料的相容性较差，影响了电池的电化学性能。

近年来，研究人员发现磷腈类阻燃剂不仅具有较高的阻燃性，而且与正负极材料具有较好的兼容性。因此，开发一种新型磷腈类材料，兼具阻燃和耐高电压的双功能特性是一个非常具有实际应用的方向。

发明内容

鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种电解液添加剂，其兼具阻燃和耐高电压的双重特性，以解决现有锂二次电池在高电压下循环性能不佳、安全可靠性差的问题。