[发明专利]一种锂离子电池非水系电解液添加剂及其应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池非水系电解液添加剂，其为选自结构通式如式一所示的化合物中的一种或数种；其中，R为如下基团中的一种：甲基；乙基；氰乙基；苯基；含氟苯基；含氰基苯基；碳原子数为1～5的直链烷氧基；碳原子数为1～5的含支链烷氧基；碳原子数为1～5的含氟烷氧基；碳原子数为1～5的含氰基烷氧基；其中，R₁、R₂、R₃各自独立地为甲基、乙基、乙烯基中的一种；其中，X为羰基或磺酰基。本发明还公开了上述电解液添加剂在锂离子电池非水系电解液中的应用。上述添加剂能够有效抑制非水系电解液的燃烧，在正极侧形成稳定的CEI膜，抑制非水系电解液的分解，降低界面阻抗，改善锂离子电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池非水系电解液添加剂及其应用。

背景技术

由于锂离子电池具备较高的比容量及工作电势，使得锂离子电池成为现代电子产品中不可或缺的部分。从手机、数码产品到电动汽车、无人机等，锂离子电池已遍布生活的方方面面。为满足当下锂离子电池的应用需求，科研人员致力于高能量密度的锂离子电池的研发工作。

锂离子电池非水系电解液作为离子运动的载体，其成分基本稳定，主要为碳酸酯类溶剂。作为传统的液态锂离子电池，若盲目提升能量密度，会导致锂离子电池的安全隐患提升。目前，小到手机大到电动汽车的燃烧起火现象常有发生。引发锂离子电池安全事故的主要原因是热失控导致电池爆炸或自燃。电池自燃的原因是在过充电、低温或高温环境下动力电池发生短路，短时间内电池释放大量热量，点燃电池内部的液态电解质，最终导致电池起火。

制约着锂离子电池进一步发展的最主要问题也是电池的安全性能。锂离子电池非水系电解液存在燃烧风险，尤其是在高电压工作环境下。为降低锂离子电池的燃烧风险，阻燃添加剂是一种直接且有效的方案。阻燃添加剂的加入不仅可以使易燃的锂离子电池电解液变成不易燃或不可燃的，降低电池的放热值以及电池的自热率，同时也能够提高电解液的热稳定性。

随着锂离子电池应用的不断推广，为满足不同性能要求的添加剂的研究越来越多，除用来改善电池安全特性方面的阻燃添加剂外，还有用于改善锂离子电池循环性能添加剂。该添加剂可在正极与锂离子电池电解液界面处形成稳定的CEI膜，保护锂离子电池正极材料，抑制非水系电解液的分解。该电解液添加剂同时可降低锂离子电池界面阻抗，减少锂离子电池长循环过程中的容量衰减程度。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种锂离子电池非水系电解液添加剂，并将其应用于锂离子电池中，能够有效抑制非水系电解液的燃烧，大幅度提高电池的安全性能，在正极侧形成稳定的CEI膜，抑制非水系电解液的分解，降低界面阻抗，改善锂离子电池的循环性能。

具体技术方案如下：

本发明的目的之一是提供一种锂离子电池非水系电解液添加剂，其为选自结构通式如式一所示的膦酰类化合物中的一种或数种；

其中，R为如下基团中的一种：

甲基；乙基；氰乙基；苯基；含氟苯基；含氰基苯基；碳原子数为1～5的直链烷氧基；碳原子数为1～5的含支链烷氧基；碳原子数为1～5的含氟烷氧基；碳原子数为1～5的含氰基烷氧基；

其中，R₁、R₂、R₃各自独立地为甲基、乙基、乙烯基中的一种；

其中，X为羰基或磺酰基。

进一步，所述的锂离子电池非水系电解液添加剂为如下结构式EA-01～EA～42中的一种或数种：