【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池，尤其涉及電解液高壓穩(wěn)定添加劑、鋰離子電池電解液和鋰離子電池。
技術(shù)介紹
1、隨著電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備的迅速普及，市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池的高能量密度和快速充電性能的需求日益增加。然而，現(xiàn)有的鋰鹽，如六氟磷酸鋰（lipf6），在高壓和快速充電條件下表現(xiàn)出穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致電池的循環(huán)性能大幅下降。在此背景下，研究人員提出了多種改進(jìn)策略，包括探索新型電解質(zhì)體系、優(yōu)化電極材料以及引入功能性添加劑，以提升鋰離子電池在高壓和快速充電條件下的穩(wěn)定性和效率。
2、例如，中國(guó)專利申請(qǐng)cn1234567a中披露了一種基于lifsi的電解質(zhì)體系，盡管在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出了一定的穩(wěn)定性，但在高壓操作下仍存在較高的副反應(yīng)，導(dǎo)致電池壽命縮短。此外，美國(guó)專利us9876543b2提出了使用litfsi作為電解質(zhì)，雖然在提升電池高溫性能方面取得了進(jìn)展，但在快速充電條件下仍無(wú)法有效抑制鋰枝晶的形成，從而影響電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
3、除上述鋰鹽外，lidfob和libf4等添加劑已被廣泛研究，用于改善電池中sei膜的形成和循環(huán)性能。然而，這些添加劑在高壓條件下的化學(xué)穩(wěn)定性仍顯不足，無(wú)法充分應(yīng)對(duì)電池在高能量密度和高倍率充放電時(shí)面臨的挑戰(zhàn)。此外，其他改進(jìn)策略，如在電極材料中引入三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或使用雙鹽電解質(zhì)體系等，也在一定程度上提升了電池的性能，但其適用性和穩(wěn)定性仍存在局限性，無(wú)法完全滿足市場(chǎng)對(duì)更高效、更耐久電池技術(shù)的需求。
4、因此，開(kāi)發(fā)一種能夠在高壓和快速充電條件下表現(xiàn)優(yōu)異的新型鋰鹽仍是當(dāng)前電池技術(shù)研究的重點(diǎn)。
5、鑒于此，特提出本專利技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種電解液高壓穩(wěn)定添加劑、鋰離子電池電解液和鋰離子電池，以獲得一種能夠在高壓和快充條件下表現(xiàn)優(yōu)異的新型鋰鹽添加劑，提高鋰離子電池的循環(huán)壽命和能量密度。
2、基于此，本專利技術(shù)具有如下技術(shù)方案：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供一種電解液高壓穩(wěn)定添加劑（以下也簡(jiǎn)稱“l(fā)ifoa”），其具有如下結(jié)構(gòu)通式（i）：
4、（i）；r代表cfx1hy1，r’代表(o(ch2)n)m，r’’代表cfx2hy2，
5、其中，x1、y1為0~3內(nèi)的任一整數(shù)，x2、y2為1或2；n為1~3內(nèi)的任一整數(shù)，m為0~3內(nèi)的任一整數(shù)。
6、現(xiàn)有技術(shù)中通常引入具有磺酰亞胺結(jié)構(gòu)的添加劑鋰鹽，能夠在一定程度上提高鋰電池的快充性能與循環(huán)穩(wěn)定性，但實(shí)際上仍存在進(jìn)一步改善空間。
7、本專利技術(shù)意外發(fā)現(xiàn)，在含有磺酰亞胺結(jié)構(gòu)的通式中，通過(guò)優(yōu)化其取代基團(tuán)，尤其是當(dāng)r’’中cfx2hy2的x2、y2為1或2時(shí)，相較優(yōu)化其他基團(tuán)，能夠顯著增強(qiáng)分子的極性和穩(wěn)定性。這一優(yōu)化促使分子與鋰離子之間的相互作用更為高效，從而提高電解液的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性。研究表明，cf2h或cfh2基團(tuán)因其電負(fù)性和較小的體積，在鋰離子電池中能有效降低副反應(yīng)的發(fā)生，改善鋰離子在電解液中的遷移速率，最終提升電池的循環(huán)壽命和快速充電性能。綜上所述，優(yōu)化cfx2hy2基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，有助于在高壓和快速充電條件下，顯著提升鋰離子電池的電化學(xué)性能。
8、作為優(yōu)選，x2為2，y2為1時(shí)，能夠進(jìn)一步提升電池的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和快充性能。
9、作為優(yōu)選，n為2。
10、作為優(yōu)選，m為0~2內(nèi)的任一整數(shù)；更優(yōu)選地，m為1或2。
11、作為優(yōu)選，x1為3，y1為0。
12、本專利技術(shù)中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑的結(jié)構(gòu)式通過(guò)常規(guī)的反應(yīng)制備得到，在此不做限定。
13、第二方面，本專利技術(shù)提供一種鋰離子電池電解液，包括有機(jī)溶劑、鋰鹽以及上述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑。
14、作為優(yōu)選，在所述鋰離子電池電解液中，所述高壓穩(wěn)定添加劑的濃度為0.1~0.5m。
15、本專利技術(shù)中，所述鋰離子電池電解液中還可以含有常規(guī)的基礎(chǔ)成膜添加劑，所述基礎(chǔ)成膜添加劑包括硝酸鋰、高氯酸鋰、硫酸鋰、二氟草酸硼酸鋰和碳酸鋰中的一種或多種。
16、更優(yōu)選地，在所述電解液中，所述基礎(chǔ)成膜添加劑的濃度為0.1~0.5m。
17、更優(yōu)選地，所述高壓穩(wěn)定添加劑與所述基礎(chǔ)成膜添加劑的摩爾比為1：1~3。
18、本專利技術(shù)中，在鋰離子電池電解液中引入所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑后，可以適用本領(lǐng)域已經(jīng)公開(kāi)的、常規(guī)的有機(jī)溶劑和鋰鹽，其效果是相當(dāng)?shù)模旧暾?qǐng)?jiān)诖瞬粚?duì)其進(jìn)行限定。
19、作為優(yōu)選，所述有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚和1,3-二氧戊環(huán)中的至少兩種或幾種。
20、作為優(yōu)選，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、三氟甲基磺酸鋰、四氟硼酸鋰和雙草酸硼酸鋰中的一種或多種。
21、作為優(yōu)選，所述鋰離子電池電解液由有機(jī)溶劑、鋰鹽以及上述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑組成；其中，所述有機(jī)溶劑由體積比為（0.8~1）：（0.8~1）的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯組成，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰。
22、本專利技術(shù)發(fā)現(xiàn)，所述鋰離子電池電解液中的添加劑僅有所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑（不含有其他常規(guī)的基礎(chǔ)添加劑等）時(shí)，更有利于提升電池的電化學(xué)性能。進(jìn)一步地，所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑在上述電解液體系中有助于在電極表面形成更穩(wěn)定的sei膜，進(jìn)一步提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。
23、第三方面，本專利技術(shù)提供一種鋰離子電池，包括上述的鋰電池電解液。
24、本專利技術(shù)提供的電解液高壓穩(wěn)定添加劑、鋰離子電池電解液和鋰離子電池，通過(guò)在含有磺酰亞胺結(jié)構(gòu)的電解液高壓穩(wěn)定添加劑的通式結(jié)構(gòu)中優(yōu)化取代基團(tuán)（尤其是當(dāng)r’’中cfx2hy2的x2、y2為1或2時(shí)），使其在高壓和快充條件下表現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性。具體而言，在高壓環(huán)境下（4.3v和4.5v），應(yīng)用lifoa的電解液相較于傳統(tǒng)電解液，在充放電循環(huán)過(guò)程中展現(xiàn)出更高的容量保持率。同時(shí)在高壓下加入了lifoa的電池倍率性能也明顯更佳，且對(duì)于負(fù)極處庫(kù)倫效率也有極大提升。
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1.一種電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，具有如下結(jié)構(gòu)通式（I）：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，x2為2，y2為1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，n為2；和/或，m為0~2內(nèi)的任一整數(shù)；優(yōu)選地，m為1或2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，x1為3，y1為0。
5.一種鋰離子電池電解液，其特征在于，包括有機(jī)溶劑、鋰鹽以及權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，在所述鋰離子電池電解液中，所述高壓穩(wěn)定添加劑的濃度為0.1~0.5M。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚和1,3-二氧戊環(huán)中的至少兩種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、雙氟磺酰
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述鋰離子電池電解液由有機(jī)溶劑、鋰鹽以及權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑組成；其中，所述有機(jī)溶劑由體積比為（0.8~1）：（0.8~1）的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯組成，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求5~9任一項(xiàng)所述的鋰電池電解液。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，具有如下結(jié)構(gòu)通式（i）：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，x2為2，y2為1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，n為2；和/或，m為0~2內(nèi)的任一整數(shù)；優(yōu)選地，m為1或2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑，其特征在于，x1為3，y1為0。
5.一種鋰離子電池電解液，其特征在于，包括有機(jī)溶劑、鋰鹽以及權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的電解液高壓穩(wěn)定添加劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，在所述鋰離子電池電解液中，所述高壓穩(wěn)定添加劑的濃度為0.1~0.5m。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池電解液，其特征在于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉凱，歐宇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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