改善电池低温性能的电解液及其功能性添加剂的制作方法

本发明涉及电池，特别涉及电解液及其功能性添加剂，以及包含所述电解液的锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池自从商业化以来，由于它的能量密度高、功率密度大、循环寿命长和绿色环保等优点，被广泛用于动力电池领域。然而，锂电池的性能受到温度的影响较大，特别是在低温下，其低温放电和循环性能会显著下降，这大大限制了其在低温环境下的应用。因此，如何提高锂电池在低温下的性能，成为了电池制造技术领域的重要研究方向。

2、尽管现有的技术方案在一定程度上提高了锂电池的低温性能，但仍存在一些问题和缺点。首先，现有的解决方案往往需要对电池的各个组成部分进行全面的改进，这不仅增加了电池的制造成本，也增加了电池的制造复杂度。其次，现有的解决方案在提高电池低温性能的同时，可能会对其他性能，如电池的容量、循环寿命等产生负面影响。最后，现有的解决方案在提高电池低温性能方面的效果有限，特别是在极端低温下，电池的性能仍然无法满足实际应用的需求。

3、作为锂离子电池中的重要组成部分，电解液对锂离子电池性能的影响非常巨大，在电解液中加入少量的电解液功能性添加剂，在电极表面形成稳定的保护膜，是改善电极稳定性、实现高稳定、高比能锂离子电池最为经济有效的策略。目前，已报道多种功能性添加剂对正极或负极表面保护膜进行调控，保护电极的同时避免电解质的氧化还原分解。然而，能够有效改善电池低温性能的电解液及其功能性添加剂仍然鲜有成功的报道。

技术实现思路

1、针对目前电池技术领域中仍然存在着的锂电池在低温下性能显著下降的技术问题，本发明的目的在于提供一种能够显著改善电池的低温性能的电解液及其功能性添加剂。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种电解液，其包括锂盐、有机溶剂、第一功能性添加剂和第二功能性添加剂；

3、其中所述第一功能性添加剂选自碳酸亚乙烯基酯(vc)、碳酸乙烯亚乙酯(vec)、硫酸乙烯酯(dtd)、1,3-丙磺酸内酯(ps)、1,4-丁磺酸内酯(mmds)、1,3-丙烯基磺酸内酯(pst)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(tmsp)、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(tmspi)、联苯(bp)、氟苯(fb)、乙腈(sn)、丁腈(and)及其混合物；

4、所述第二功能性添加剂为如式(i)所示结构的功能性添加剂：

5、

6、其中r1选自c0-5亚烷基；n1选自1-8的整数；并且n2选自0-5的整数。

7、本发明的第二方面提供一种锂离子电池，其包括正极、负极、间隔设置于正极和负极之间的隔离膜、以及本发明第一方面所述的电解液。

8、本发明的第三方面提供如式(i)所示结构的化合物：

9、

10、其中r1选自c0-5亚烷基；n1选自1-8的整数；并且n2选自0-5的整数。所述化合物可用作改善电池低温性能的电解液中的功能性添加剂。

11、本发明的第四方面提供本发明第三方面所述的化合物用于改善电池低温性能的用途。

12、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

13、本发明中提供的化合物当用作电解液中的功能性添加剂时能诱导锂盐分解并由此具有良好的导锂性，有效降低负极sei膜的阻抗。本发明式(i)所示特定结构下的多个硅氧烷模块有助于更均匀成膜；环状磺酸酯模块会在负极形成均匀稳定的sei膜，能有效的降低存储产气并导致良好的导离子性能。通过环状磺酸酯模块与硅氧烷模块在所述骨架结构下协同作用，可以在负极表面形成均匀稳定导锂性和热稳定性优异的低阻抗负极保护膜，该保护膜能有效保护隔离负极和电解液接触，防止副反应发生的同时还能够使得锂离子能够自由通过，有效降低锂离子迁移阻力，使电池具有优异的低温放电能力。

14、此外，本发明的电解液配方和制造工艺简单，成本较低，有利于大规模生产。这与现有技术中电解液配方和制造工艺复杂，成本较高的问题同样形成了鲜明的对比。

1.一种电解液，其包括锂盐、有机溶剂、第一功能性添加剂和第二功能性添加剂；

2.根据权利要求1所述的电解液，其中r1选自c1-3亚烷基；n1选自1-4的整数；和/或n2选自0-3的整数。

3.根据权利要求1或2所述的电解液，其中n1与n2的比值为约1：1至4：1。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电解液，其中所述第二功能性添加剂选自：

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电解液，其中所述第二功能性添加剂的含量为0.01-6wt％，基于电解液的总重量。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电解液，其中所述第二功能性添加剂的含量为2-4wt％，基于电解液的总重量。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电解液，其中所述锂盐选自六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、二氟磷酸锂(lipo2f2)、双草酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(liodfb)、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂(litfsi)、双(氟磺酰亚胺)锂(lifsi)及其混合物。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的电解液，其中所述锂盐的含量为5-15wt％，基于电解液的总重量。

9.根据权利要求8所述的电解液，其中所述锂盐的含量为8-12wt％，基于电解液的总重量。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的电解液，其中所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、甲酸甲酯(ma)、乙酸乙酯(ea)、丙酸甲酯(mp)、丙酸乙酯(ep)、丙酸丁酯(bp)、丁酸乙酯(eb)、磷酸三甲酯(tmp)、磷酸三乙酯(tep)、磷酸三苯酯(tbp)、醚类溶剂及其混合物。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的电解液，其中所述有机溶剂的含量为70-90wt％，基于电解液的总重量。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的电解液，其中所述第一功能性添加剂的含量为0.01-6wt％，基于电解液的总重量。

13.根据权利要求12所述的电解液，其中所述第一功能性添加剂的含量为1-2wt％，基于电解液的总重量。

14.一种锂离子电池，其包括正极、负极、间隔设置于正极和负极之间的隔离膜、以及权利要求1-13中任一项所述的电解液。

15.根据权利要求14所述的锂离子电池，其中所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料选自硅碳、硅氧、天然石墨、人造石墨、钛酸锂、无定型碳和锂金属中的一种或多种的组合；和/或，

16.如式(i)所示结构的化合物：

17.根据权利要求16所述的化合物，其用作改善电池低温性能的电解液中的功能性添加剂。

18.权利要求16所述的化合物用于改善电池低温性能的用途。

19.权利要求18所述的用途，其中改善电池低温性能是指增加低温循环下的循环寿命，和/或提高低温放电下的容量保持率。

20.制备权利要求16所述化合物的方法，其包括以下步骤：