[發明專利]高電壓鋰離子電池硅氰電解液添加劑、電解液及其電池

在審

• 申請號: 202010438712.7
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111416153A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 詹元杰;黃學杰;武懌達;閆勇;馬曉威
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 劉曉敏

本發明公開了一種高電壓鋰離子電池及其電解液、電解液添加劑，本發明提供的高電壓鋰離子電池硅氰電解液添加劑是硅氰基化合物，以硅元素作為穩定的基團，通過錨定作用，在高電壓下抑制氰基官能團的徹底氧化以及與負極的交叉還原反應，避免導致電池惡化，此外硅元素還可以增加電解液的浸潤性。硅氰基化合物中的氰基官能團可消除電解液中的游離氫，降低電解液中的水分并消除HF，減少LiPF₆的水解和HF對正極材料的破壞，抑制在高電壓下，正極材料界面與電解液的副反應。此外硅氰基官能團還可以在正負極的界面處形成含N的有機和無機的界面膜，通過硅元素的固定作用，有效穩定界面膜，進一步提升高電壓鋰離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種高電壓鋰離子電池硅氰電解液添加劑、電解液及其電池。

背景技術

鋰離子電池具有高比能量、高比功率、高轉換率、長壽命、無污染等優點，得到了快速普及，其應用逐步從便攜式電子產品和通訊工具轉向動力型電源領域，鋰電池行業具備良好發展態勢，2019年鋰離子電池的產能已達到了198GWh，預計到2030年，產能將達到3392GWh，增長近17倍。

隨著科學技術和應用領域的拓展，對鋰離子電池的能量密度和循環性能提出了更高的要求，提高材料的工作電壓或是開發高電壓的正極材料可以提高鋰離子電池的能量密度，因此發展高電壓電池以提高能量密度勢在必行。

然而電解液中本質上就含有一定的H₂O，電解液中的鋰鹽會與H₂O反應生成HF，而在高電壓下，HF對正極的侵蝕較為嚴重，導致活性物質損失，表現為容量損失，同時會導致過渡金屬離子的溶解，過渡金屬離子遷移至負極，破壞負極的界面膜，引起阻抗增加，此外HF侵蝕正極后會重新生成H₂O，循環往復，引起電池的持續惡化，此外現有技術在高電壓下，正極材料界面會和電解液發生副反應，而電解液的分解產物會在正負極表面形成較厚的介質層，導致電池阻抗的增加，引起電池循環性能惡化。

為此，研發一種能在高電壓下可消除電解液中的游離氫，同時可形成具有電子電導的穩定界面膜，抑制電解液分解和過渡金屬離子溶解，降低阻抗，改善電池循環性能的高電壓電解液添加劑為當世之所需。

發明內容

針對上述的不足，本發明目的之一在于，提供一種能在高電壓下可消除電解液中的游離氫，降低H₂O/HF的含量，減少LiPF₆的水解，同時可形成具有電子電導的穩定界面膜，抑制電解液分解和過渡金屬離子溶解，降低阻抗，改善電池循環性能的高電壓鋰離子電池硅氰電解液添加劑。

本發明目的之二在于，提供一種含有上述高電壓鋰離子電池硅氰電解液添加劑的高電壓鋰離子電池電解液。

本發明目的之三在于，提供一種含有上述高電壓鋰離子電池電解液的高電壓鋰離子電池。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案是：

一種高電壓鋰離子電池硅氰電解液添加劑，其為硅氰基化合物，該硅氰基化合物包括具有結構式1所示化合物、具有結構式2的所示化合物中的至少一種:

其中0≤x≤5，0≤y≤4x，0≤n≤4x，R1、R2、R3分別選自1-5個碳原子的烷基、1-5個碳原子的不飽和烷基、1-5個碳原子的鹵代烷基、1-5個碳原子的鹵代不飽和烷基、吡咯、胺基、咪唑、甲氧基、乙氧基、腈基、氰酸基、異氰酸基、酰胺和鹵原子的一種或多種。本發明中的高電壓鋰離子電池硅氰電解液添加劑是硅氰基化合物，以硅元素作為穩定的基團，通過錨定作用，在高電壓下抑制氰基官能團的徹底氧化以及與負極的交叉還原反應，避免導致電池惡化，改善電池循環性能。