[發明專利]一種具有成膜和穩定作用的雙功能鋰離子電池酰胺類添加劑及含該添加劑的電解液

在審

• 申請號: 201310445534.0
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN104518239A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 劉戀;蔡迎軍;任天鷺;呂興梅;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種用于鋰離子電池的、具有成膜添加和穩定作用的酰胺類雙功能添加劑及含該添加劑的電解液，屬于鋰離子電池領域。?

背景技術

鋰離子電池是21世紀發展最快的理想能源，具有比能量大、電壓高、循環壽命長、自放電小等優點，成為眾多移動電子產品的首選電源，并憑借其自身的綜合優勢應用于汽車動力電池領域，且除民用電子產品外，鋰離子電池已逐漸替代傳統的鎘鎳電池成為軍用通信領域的主流電源，同時也是新型通信電源發展的重點方向。?

電解液是鋰離子電池的重要組成部分，承擔著通過電池內部在正負極之間傳輸離子的作用，對電池的容量、工作溫度范圍、循環性能及安全性能等都有重要的影響。鋰離子電池在首次充放電過程中，有機電解液會在碳負極表面發生還原、分解，形成一層電子絕緣、鋰離子可導的鈍化膜，其具有多層結構的特點，靠近電解液的一面是多孔的，靠近電極的一面是致密的，該膜在電極和電解液間充當中間相，具有固體電解質的性質，一般稱為固體電解質界面（SEI）膜。由于鋰離子的嵌入過程必然經由覆蓋在碳負極上的SEI膜，此膜可阻止溶劑分子的共嵌入，避免電極與電解液的直接接觸，從而抑制溶劑的進一步分解，提高鋰離子電池的充放電效率和循環壽命，因此，電極表面形成的SEI膜將決定整個電池的性能。非水電解液對游離酸、水分含量的要求較高，由于鋰離子電池的電壓高達3～4V，而水的分解電壓僅為1.23V，若電解液中含有較多水分，在高電壓充放電下分解，會導致電池性能劣化。電解液中游離酸（HF）的存在會直接破壞SEI膜，從而影響電池的循環性能。因此，添加適合的具有除水降酸作用的穩定劑是保證電池長期穩定運行（尤其在高溫條件下）的另一關鍵因素。?

在鋰離子電池有機電解液中添加少量的成膜添加劑，可在不增加或基本不增加電池成本、不改變生產工藝的情況下，在碳負極上優先還原、分解形成性能優良的SEI膜，從而改善碳負極的性能，改善電池的宏觀性能。添加適量的穩定劑則可控制電池中的水分和游離酸含量，進一步保證電池的穩定運行。有機添加劑具有與鋰離子電池電解液互溶性好、優化效果佳和使用方便等優點，已經引起足夠的重視并得到迅速的發展。相比之下，無機添加劑的選擇具?有一定的局限性，例如氣體添加劑在電解液中溶解度小，充放電過程中會產生大量氣體，造成氣脹現象，影響電池的安全及循環性能。常用有機添加劑主要是含亞乙烯基的有機不飽和化合物、鹵代有機酯、有機硼化物等。其中目前已報道的效果較好的是碳酸亞乙烯酯（VC），但其制備條件苛刻，價格昂貴。?

發明內容

本發明提供了一種具有成膜及穩定作用的雙功能酰胺類添加劑，該添加劑可以有效控制電解液中的水分含量，并在石墨負極具有明顯的成膜效果，從而起到改善鋰離子電池循環性能、提升鋰離子電池安全性能的作用，所述電解液由溶劑、鋰鹽、添加劑所組成。其中添加劑主要包括一系列具有促進成膜和穩定作用的酰胺類化合物，其特征在于有如下結構：?

上述結構中R選自五元或六元的N雜環基團，例如吡咯、咪唑、吡啶、噠嗪、嘧啶、吡嗪。?

上述電解液所用有機溶劑可選自甲酸甲酯、乙酸甲酯、氯甲酸甲酯、苯甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、鹵代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、丙酸丙烯酯、碳酸丙烯酯、甲基碳酸丙烯酯、乙基碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、甲基碳酸苯酚酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、環丁內酯、溴環丁內酯、1,3-丙磺酸內酯、1,4-丁磺酸內酯、二氧戊環丙烷、二甲氧基丙烷中的兩種或多種。?

上述電解液所用鋰鹽可選自鹵化鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰鹽、六氟磷酸鋰鹽、六氟砷酸鋰、氯鋁酸鋰、雙草酸硼酸鋰鹽、雙（三氟磺酰）亞胺鋰鹽、雙（三氟甲烷磺酰）亞胺鋰鹽中的一種或幾種。?

以電解液的總質量為基準，所述鋰鹽的質量百分數為5%～30%；所述有機溶劑的質量百分數為0～95%；所述添加劑的質量百分數為0.01%～5%。?

本發明的特點是由于添加了酰胺類添加劑，能夠在電池負極表面形成穩定的SEI膜，阻止溶劑分子的共嵌入，有效抑制電極與電解液的反應，同時能夠有效地控制電解液中水分含量，提高了電池充放電效率和循環壽命。?

附圖說明

圖1為實施例1和實施例7制得的含酰胺類化合物添加劑煙酰胺的電解液及對比例制得的電解液在0.5C倍率下進行充放電100次測試時的放電容量變化圖。?

具體實施方式

本發明通過以下實例加以說明，但本發明并不僅局限于以下實例，所有符合前后所述宗旨的實施辦法都在本發明的技術范圍內。?

實施例1?