【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池，具體而言，涉及一種正極成膜添加劑、其制備方法及應用。
技術介紹
1、隨著新能源汽車行業對動力電池能量密度的日益增長的需求，高鎳三元動力電池因其卓越的能量密度而受到市場的廣泛青睞。
2、盡管高鎳三元材料在能量密度方面相較于磷酸鐵鋰具有顯著的優勢，但其循環壽命的表現尚未達到令人完全滿意的水平，這一問題在很大程度上源于高鎳三元材料較差的結構穩定性。在充滿電的狀態下，高鎳三元材料中ni4+的強氧化性會導致電解液在材料表面分解，而在循環過程中，三元材料表面可能會發生不可逆的相變，以及過渡金屬元素的溶解，這些都是導致三元材料容量衰減的關鍵因素。高鎳三元材料在循環壽命方面的不足，也引起了消費者的普遍關注和擔憂。
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種正極成膜添加劑、其制備方法及應用，以解決現有技術中高鎳三元材料結構穩定性差、循環壽命短的問題。
2、為了實現上述目的，根據本專利技術的一個方面，提供了一種正極成膜添加劑。正極成膜添加劑為烷基酰胺類烷氧基硅烷，具有通式(i)所示結構：
3、
4、通式(i)中，r1、r2和r3分別獨立地選自c1～c15的直鏈或支鏈烷基；r4選自c3～c18的直鏈或支鏈亞烷基。將本申請的烷基酰胺類烷氧基硅烷作為正極成膜添加劑，可以增強與正極材料的相容性，促進sei膜的均勻形成，抑制過渡金屬元素在高溫下的溶出，改善電解液在正極表面的成膜性能，避免正極界面與電解液的副反應，提升正極的結構穩定
5、進一步地，通式(i)中，r1、r2和r3分別獨立地選自c1～c4的直鏈或支鏈烷基；和/或，r4選自c3～c6的直鏈或支鏈亞烷基；優選地，r1、r2和r3分別獨立地選自c1～c4的直鏈烷基；和/或，r4選自c3～c6的直鏈亞烷基；更優選地，r1、r2和r3分別獨立地選自甲基、乙基或丙基，r4選自亞丙基、亞丁基或亞戊基。上述條件下，一方面，烷基酰胺類烷氧基硅烷的合成過程更簡單，另一方面，能夠進一步提升烷基酰胺類烷氧基硅烷作為正極成膜添加劑時在電解液中的溶解性和穩定性，更有利于提高電池的充放電速率。
6、進一步地，正極成膜添加劑為
7、中的一種或多種。上述種類的烷基酰胺類烷氧基硅烷，與正極材料之間的適配性更強，形成的cei膜更具有柔韌性和穩定性，在高溫下sei膜更具有柔性和彈性，穩定性更好，更有利于改善正極材料的結構穩定性、提升電池的綜合性能。
8、根據本專利技術的另一方面，提供了上述正極成膜添加劑的制備方法。制備原料包括烷氧基硅烷和α-烯烴酰胺，在催化劑的存在下，將α-烯烴酰胺、烷氧基硅烷和第一溶劑混合，得到正極成膜添加劑。本申請制備方法操作簡便，易于大規模生產，且產物純度高。
9、進一步地，α-烯烴酰胺和烷氧基硅烷的摩爾比為1:(8～20)；和/或，α-烯烴酰胺包括3-丁烯酰胺和/或丙烯酰胺；和/或，烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷和乙基三丙氧基硅烷中的一種或多種。上述條件下，原料來源更廣，原料之間協同配合，兼容性好，α-烯烴酰胺和烷氧基硅烷的之間反應更加充分，成本更低，所得烷基酰胺類烷氧基硅烷形成的cei膜更具有柔韌性和穩定性，更有利于解決高鎳三元材料結構穩定性差、循環壽命短的問題。
10、進一步地，催化劑包括h2ptcl6、(ph3p)4pd、(ph3p)2pdcl2、(phcn)2pdcl2和(ph3p)2nicl2中的一種或多種；和/或，第一溶劑包括乙醇、甲醇和丙酮中的一種或多種；和/或，混合還包括依次進行的加熱回流、旋蒸的步驟，優選地，加熱回流的溫度為50～70℃，時間為2～48h；和/或，旋蒸的溫度為40～50℃，壓力為0.1～1mpa，時間為0.5～1h。在上述條件下，能夠更加有效地提高產物的產率和純度，降低副反應的發生。
11、根據本專利技術的另一方面，提供了一種電解液，包括上述正極成膜添加劑、鋰鹽和第二溶劑。上述電解液能夠顯著提升電池的循環穩定性和安全性，同時保持良好的電導率。
12、進一步地，鋰鹽包括六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙(五氟乙基磺酰亞胺)鋰、雙(三氟甲基磺酰亞胺)鋰、雙(氟磺酰亞胺)鋰、二氟(雙草酸)磷酸鋰和四氟(草酸)磷酸鋰中的一種或多種；和/或，第二溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、丙酸乙酯、碳酸甲乙酯、丙基醚、丁基醚、戊二腈、環丁砜、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯和丁酸乙酯中的一種或多種；和/或，按重量百分含量計，正極成膜添加劑占電解液的0.5～9％，優選為0.5～2％；和/或，鋰鹽占電解液的8～16％，優選為9～14％；和/或，第二溶劑占電解液的78～90％，優選為85～90％。上述條件下，特定含量、種類的正極成膜添加劑和鋰鹽相互協同配合，能夠優化cei膜，使其既能夠更加有效地防止副反應，又不會過度阻礙鋰離子的傳輸，從而在進一步提高電池穩定性和延長壽命的同時，可以保持較高的能量密度和功率密度。
13、根據本專利技術的另一方面，提供了一種電池，包括正極、負極、隔膜和電解液，電解液包括上述正極成膜添加劑。本申請電池采用了上述特定結構的正極成膜添加劑，有效防止了電解液的分解，進而能夠解決電池的脹氣問題。本申請電池循環穩定性和安全性好，能量密度和功率輸出高，適用于各種便攜式電子設備、電動汽車和大規模儲能系統。
14、進一步地，正極的材料包括含鎳正極材料，含鎳正極材料包括鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、鎳錳酸鋰、鎳鈷鐵酸鋰和鎳鈷鎂酸鋰中的一種或多種。本申請正極成膜添加劑和上述材料更加適配，能夠在上述材料表面優先形成更加柔韌、穩定的cei膜，可以更加有效地抑制上述正極材料中過渡金屬元素的溶解，減少該材料表面不可逆的相變，進而更有利于提升正極材料的結構穩定性和循環壽命。
15、本專利技術正極成膜添加劑為具有特定結構的烷基酰胺類烷氧基硅烷，酰胺結構中含有孤電子對的氮原子容易失去電子，表現出較低的氧化電位，能夠在高鎳三元正極表面優先形成cei膜；si-o鍵的高鍵能特點和鏈烷基(ch2)n柔性特點，使得形成的cei膜更具有柔韌性和穩定性，進一步地，在高溫下sei膜更具有柔性和彈性，穩定性更好。
16、將本專利技術的烷基酰胺類烷氧基硅烷作為正極成膜添加劑，可以抑制過渡金屬元素在高溫下的溶出，改善電解液在正極表面的成膜性能，避免正極界面與電解液的副反應，提升正極的結構穩定性，防止電解液的分解，改善電池的脹氣問題，顯著提高電池的高溫循環穩定性和安全性。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種正極成膜添加劑，其特征在于，所述正極成膜添加劑為烷基酰胺類烷氧基硅烷，具有通式(I)所示結構：
2.根據權利要求1所述的正極成膜添加劑，其特征在于，所述通式(I)中，
3.根據權利要求1或2所述的正極成膜添加劑，其特征在于，
4.權利要求1至3中任一項所述的正極成膜添加劑的制備方法，其特征在于，制備原料包括烷氧基硅烷和α-烯烴酰胺，
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，
6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，
7.一種電解液，其特征在于，包括權利要求1至3中任一項所述的正極成膜添加劑、鋰鹽和第二溶劑。
8.根據權利要求7所述的電解液，其特征在于，
9.一種電池，包括正極、負極、隔膜和電解液，其特征在于，所述電解液包括權利要求1至3中任一項所述的正極成膜添加劑。
10.根據權利要求9所述的電池，其特征在于，所述正極的材料包括含鎳正極材料，所述含鎳正極材料包括鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、鎳錳酸鋰、鎳鈷鐵酸鋰和鎳鈷鎂酸鋰中的一種或多種。
【技術特征摘要】
1.一種正極成膜添加劑，其特征在于，所述正極成膜添加劑為烷基酰胺類烷氧基硅烷，具有通式(i)所示結構：
2.根據權利要求1所述的正極成膜添加劑，其特征在于，所述通式(i)中，
3.根據權利要求1或2所述的正極成膜添加劑，其特征在于，
4.權利要求1至3中任一項所述的正極成膜添加劑的制備方法，其特征在于，制備原料包括烷氧基硅烷和α-烯烴酰胺，
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，
6.根據權利要求4或5所述的制備方法...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張健，徐宇，張國軍，方耀國，
申請(專利權)人：上海軒邑新能源發展有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。