[發明專利]一種電解液添加劑、含有該添加劑的電解液及鋰離子電池

在審

• 申請號: 202010119672.X
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN112366350A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 汪仕華;許夢清
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明涉及鋰離子電池技術領域，公開了一種電解液添加劑、含有該添加劑的電解液及鋰離子電池。該電解液添加劑將MMDS中兩個硫原子之間的碳原子換成氮原子，更易在化成時氧化分解，在正極表面形成穩定的SEI膜，因而能更有效地抑制高溫下鋰離子電池電解液分解、正極材料結構變化和高溫產氣，從而更好地防止高溫循環或儲存時產生電池容量衰減、循環壽命衰退和內阻下降等問題，提高鋰離子電池的高溫性能；并且，該電解液添加劑在存儲時不存在變色問題。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種電解液添加劑、含有該添加劑的電解液及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池是一種依靠鋰離子在正極和負極之間移動來實現充放電的高性能電池，其基本結構包括正負極、電解液和隔膜。在充放電過程中，電解液的主要作用是作為離子導體在正負極之間傳輸鋰離子；除此之外，電解液的另一個重要作用是參與極片表面固體電解質界面(SEI)膜的成膜反應。商業化的鋰離子電池中使用的電解液大多是非水電解液，主要由有機溶劑、電解質鋰鹽和添加劑三部分組成。添加劑的作用是對電解液性能進行改善，進而提高電池性能，包括SEI成膜添加劑、過充保護添加劑、阻燃添加劑、導電能力添加劑、潤濕劑等。

甲烷二磺酸亞甲酯(MMDS)是一種已經報道的正極成膜添加劑，能提高鋰離子電池的高溫性能。電解液分解和正極材料結構變化是影響鋰離子電池高溫性能的兩個重要原因。在高溫環境中，鋰離子電池的正極與電解液發生氧化還原反應，導致正極材料結構發生變化，致使電池容量迅速下降。例如，常見的正極材料LiMn2O4在超過55℃時容量迅速衰減，這主要是因為電解液中的LiPF6與電解液中微量的水分反應生成HF，Mn³⁺在酸性條件下會發生岐化反應生成Mn²⁺和Mn⁴⁺，而LiMn₂O₄中的Mn²⁺很容易在高溫下溶解在電解液中，從而造成容量的迅速下降。此外，正極材料熱分解和電解液在正極的氧化會產生以CO₂為主的氣體，即高溫產氣，導致電池膨脹，致使電池厚度增加，影響安全性能。而正極成膜添加劑MMDS能在化成成膜過程中，優先于溶劑分子氧化分解，在正極表面形成一層致密的、熱穩定性良好的SEI膜，抑制電解液在高溫下分解，并隔開了正極材料與電解液溶劑，防止高溫下正極材料結構變化和高溫產氣，從而改善鋰離子電池的高溫性能。

例如，申請號為CN201110125874.6的中國專利文獻公開了一種改善鋰離子二次電池高溫存儲性能的電解液，含有鋰鹽、有機溶劑、添加劑和高溫成膜劑，所述高溫成膜劑為MMDS和4-甲基亞硫酸亞乙酯的混合物，兩者的質量比為3:2。添加MMDS后，鋰離子電池在高溫儲存時的容量保持率和容量恢復率明顯提高，厚度增加率明顯下降，并且，相較于其他高溫類添加劑(如丙烯基磺酸內酯)而言，MMDS不會造成電池內阻明顯增大，是一種性能較為優良的鋰離子電池電解液添加劑。不過，MMDS對電池高溫性能的改善，尤其是高溫產氣的抑制還有很大的提升空間，并且，MMDS分子結構不穩定，儲存中存在變色問題，需要低溫保存。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種電解液添加劑、含有該添加劑的電解液及鋰離子電池。該電解液添加劑更易在化成時氧化分解，在正極表面形成穩定的SEI膜，因而能更有效地改善鋰離子電池的高溫性能；并且，該電解液添加劑在存儲時不存在變色問題。

本發明的具體技術方案為：

一種電解液添加劑，所述電解液添加劑的結構式為：

其中，X為下述情形中的任意一種：

碳原子數為1～5的直鏈或者支鏈烷基；

碳原子數為1～5的直鏈或者支鏈烷氧基；

部分氫或者全部氫被鹵素原子取代的直鏈或者支鏈烷基；

苯基或者含取代基的苯基；