本發(fā)明屬于電池，尤其涉及一種功能離子液體添加劑、電解液及高壓鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著電池能量密度的提高，正極材料電壓不斷提高，推動著電解液電化學(xué)窗口不斷拓寬，導(dǎo)致傳統(tǒng)電解液的電化學(xué)窗口已經(jīng)不能滿足高電壓材料得需求，如鎳錳酸鋰的電壓平臺為4.7v，傳統(tǒng)電解液的在4.3v就開始發(fā)生氧化分解，惡化正極界面，無法發(fā)揮高電壓材料的優(yōu)勢，此外傳統(tǒng)電解液亦存在著一系列如揮發(fā)性、燃燒性和環(huán)境影響等問題。為了克服這些問題，離子液體已經(jīng)引入作為一種替代電解液或添加劑，因為它們具有低揮發(fā)性、高化學(xué)穩(wěn)定性和廣泛的電化學(xué)窗口，在高壓電解液領(lǐng)域備受關(guān)注。同時，如何形成穩(wěn)定的sei膜至關(guān)重要，不穩(wěn)定的sei膜會在電池循環(huán)期間發(fā)生破裂，消耗大量活性鋰。同時，sei膜的積累會增大離子的傳輸能壘，導(dǎo)致緩慢的界面動力學(xué)。因此，精細調(diào)控界面反應(yīng)，生成均勻穩(wěn)定且堅固的sei膜是非常有必要的。近年來，陰離子衍生的sei因其具有機械強度高、離子電導(dǎo)率高、離子擴散快等特點，在提升電池的電化學(xué)性能等方面展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。

2、目前電解液中常用得陽離子有咪唑陽離子、哌啶陽離子、吡咯陽離子、季銨陽離子等，陰離子有pf6-、bf4-、雙氟磺酰亞胺陰離子(fsi-)、雙三氟甲烷磺酰亞胺陰離子(tfsi-)等。但現(xiàn)有的離子液體電解液仍然存在一些挑戰(zhàn)，包括粘度高和陰離子熱穩(wěn)定性及高壓穩(wěn)定性不夠理想等，雖然大多數(shù)離子液體陰離子都可在負極表面形成穩(wěn)定sei膜，但是對正極保護相比負極較弱。此外，陰離子的溶劑化能力是形成陰離子衍生sei膜的關(guān)鍵，它高度依賴于溶劑-陽離子和陰離子-陽離子之間的競爭配位。通過引入弱溶劑化的溶劑或強配位能力的陰離子，可實現(xiàn)常規(guī)濃度下更多陰離子參與溶劑化構(gòu)型配位，從而改變電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)。

3、因此需要開發(fā)一款新型離子液體，具有低粘度，高氧化電位，高壓下不易分解，陰離子可在正極形成有效鈍化膜，有效降低高壓下正極材料相變及界面副反應(yīng)，從而滿足高電壓體系電池長循環(huán)需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種功能離子液體添加劑、電解液及高壓鋰離子電池；該功能離子液體添加劑的結(jié)構(gòu)由陽離子與陰離子構(gòu)成，陰陽離子均具有較大的離子半徑，容易解離，更小半徑的li+更易與陰離子結(jié)合，因此改變了電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)，更多的功能陰離子參與溶劑化鞘層，可實現(xiàn)常規(guī)濃度下更多陰離子參與溶劑化構(gòu)型配位，從而最終誘導(dǎo)形成陰離子衍生的sei膜，其含高楊氏模量的lif更多，因此薄且堅固，循環(huán)過程中不易破裂，同時陽離子基團含有的功能官能團可以緩解電解液中游離酸對正負極界面膜的破壞，進一步提升界面穩(wěn)定性，從而直觀的提高了電池的高溫循環(huán)性能。

2、本發(fā)明提供了一種功能離子液體添加劑，具有式b所示的結(jié)構(gòu)：

3、

4、其中，m與n各自獨立地為1～5的整數(shù)；

5、r1選自氫、c1～c5的烷基、c2～c5的烯基或c2～c5的炔基；

6、r2～r5各自獨立地選自氫、c1～c5的烷基、c2～c5的烯基、c2～c5的炔基、鹵原子或c1～c5的腈基；

7、r6選自c1～c5的烷基。

8、優(yōu)選的，具有結(jié)構(gòu)式a所示的結(jié)構(gòu)：

9、

10、其中，r1選自氫、c1～c5的烷基、c2～c5的烯基或c2～c5的炔基；

11、r2～r5各自獨立地選自氫、c1～c5的烷基、c2～c5的烯基、c2～c5的炔基、鹵原子或c1～c5的腈基。

12、優(yōu)選的，所述r1選自氫、甲基、乙基、乙烯基、乙炔基或丙炔基；

13、r2～r5各自獨立地選自氫、乙烯基、乙炔基、氟原子或乙腈基。

14、優(yōu)選的，所述功能離子液體添加劑具有式(i)～式(vi)所示結(jié)構(gòu)中的至少一種：

15、

16、本發(fā)明還提供了一種功能離子液體添加劑的制備方法，包括以下步驟：

17、將式(vii)所示的硼酸鋰鹽與式(viii)所示的化合物發(fā)生反應(yīng)，得到具有式b所示結(jié)構(gòu)的功能離子液體添加劑；

18、

19、其中，m與n各自獨立地為1～5的整數(shù)；

20、r1選自氫、c1～c5的烷基、c2～c5的烯基或c2～c5的炔基；

21、r2～r5各自獨立地選自氫、c1～c5的烷基、c2～c5的烯基、c2～c5的炔基、鹵原子或c1～c5的腈基；

22、r6選自c1～c5的烷基。

23、本發(fā)明還提供了一種非水電解液，包括上述的功能離子液體添加劑。

24、優(yōu)選的，所述功能離子液體添加劑的質(zhì)量為非水電解液質(zhì)量的0.5％～3％。

25、優(yōu)選的，所述非水電解液還包括鋰鹽、非水溶劑與輔助電解液添加劑；

26、所述鋰鹽的質(zhì)量為非水電解液質(zhì)量的14％～16％；

27、所述非水溶劑的質(zhì)量為非水電解液質(zhì)量的79％～81.5％；

28、所述輔助電解液添加劑的質(zhì)量為非水電解液質(zhì)量的2％～3.8％。

29、優(yōu)選的，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰與二氟二草酸磷酸鋰中的一種或多種；

30、所述非水溶劑選自有機酯類和/或醚類溶劑；所述有機酯類選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、甲基三氟乙基碳酸酯、氟代碳酸乙烯酯與二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯中的一種或多種；所述醚類溶劑選自二甲醚、二乙醚、甲乙醚、乙二醇二甲醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚與1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚中的一種或多種；

31、所述輔助電解液添加劑選自不飽和環(huán)狀碳酸酯類化合物、氟代碳酸酯類化合物、硫酸酯類化合物、磺酸酯類化合物、磺酰亞胺類化合物、磷酸酯類化合物、硅烷類化合物、三甲基硅基酯類化合物、異氰酸酯類化合物、腈類化合物與鋰鹽類添加劑中的一種或多種。

32、本發(fā)明還提供了一種高壓鋰離子電池，包括上述的非水電解液。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

34、(1)本發(fā)明提出的新型功能離子液體化合物，其作為電解液添加劑用于鋰離子電池中，具備了離子液體蒸汽壓低，電化學(xué)窗口寬等優(yōu)勢，同時該離子液體與傳統(tǒng)得吡咯離子液體相比，陰陽離子分子結(jié)構(gòu)相對較小，分子間作用力弱，粘度低，此外在吡咯陽離子中引入三甲基硅烷，增大離子液體極性，減小分子間作用力，進一步降低離子液體粘度。

35、(2)本發(fā)明提出的新型功能離子液體化合物，其結(jié)構(gòu)含有的陰陽離子均具有較大的離子半徑，因此絡(luò)合能力弱，容易解離，更小半徑的li+更易與陰離子結(jié)合，因此改變了電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)，更多的功能陰離子參與溶劑化鞘層，可實現(xiàn)常規(guī)濃度下更多陰離子參與溶劑化構(gòu)型配位，從而形成陰離子衍生的高穩(wěn)定性sei膜。同時，陰陽離子結(jié)構(gòu)中分別含有的特殊官能團還可以起到清除電解液中的游離酸、絡(luò)合穩(wěn)定高價過渡金屬等作用，從而進一步的提升高壓鋰離子電池的電化學(xué)性能。