[發明專利]鋰離子二次電池電解液添加劑、電解液及其應用

有效

• 申請號: 201710480446.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107181001B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 孫擔擔;劉楊;郭炳焜;張文清
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種鋰離子二次電池電解液添加劑、電解液及其應用，采用改進的類碳酸丙烯酯添加劑體系及其組成的電解液，由類碳酸丙烯酯化合物A以及二異氰酸酯類有機物B兩種成分組成鋰離子二次電池電解液添加劑體系，利用和PC結構相似的碳酸丙烯酯類衍生物來代替PC參與添加劑組成，本發明有效提高了電池的循環性能和倍率性能，并改善了電池的其他高電位電化學性能，且對石墨負極無不良影響；本發明的電解液添加劑體系成分清晰，制備方法簡單，適合工業應用，在動力電池和儲能電池領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池的電解液儲能材料及其應用，特別是涉及一種改進型類碳酸丙烯酯添加劑體系和含有該添加劑體系的鋰離子電池電解液及其應用，應用于二次鋰離子電池儲能技術領域。

背景技術

鋰離子電池具有優異的綜合性能。隨著移動電子設備的發展，對鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。通過提高鋰離子電池的工作電位可以有效應對這一需求，但普通碳酸酯類溶劑在高電壓下容易分解，導致電池的放電容量下降。現有技術中有關于碳酸丙烯酯(PC)和二異氰酸酯類有機物組成的鎓化聚合成膜機制，可以在正極表面形成高壓穩定的鈍化膜，提高電池的高壓循環性能。但PC溶劑在鋰離子電池中容易與石墨負極共嵌入導致剝落分解,使電池的容量衰減嚴重，惡化了鋰電池的高壓循環性能，不適合工業應用。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種鋰離子二次電池電解液添加劑、電解液及其應用，采用改進的類碳酸丙烯酯添加劑體系及其組成的電解液，利用和PC結構相似的碳酸丙烯酯類衍生物來代替PC參與添加劑組成，有效提高了鋰電池的高壓循環性能，并改善了電池的其他高電位電化學性能，且對石墨負極無不良影響；本發明的電解液添加劑體系成分清晰，制備方法簡單，適合工業應用，在動力電池和儲能電池領域具有廣泛的應用前景。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子二次電池電解液添加劑，由類碳酸丙烯酯化合物A以及二異氰酸酯類有機物B兩種成分組成鋰離子二次電池電解液添加劑體系，按照電解液添加劑的總重量為100％計，電解液添加劑中含有1-99wt.％的類碳酸丙烯酯衍生物A和1-99wt.％的二異氰酸酯類有機物B。

優選上述類碳酸丙烯酯化合物A的結構式為：

在結構式中，優選R₁和R₂分別為各自獨立的氫、碳含量大于1的烷基、烯烴基、烷氧基、芳香基或氰基，且當R₁和R₂中之一為氫時，另一取代基不為氫或甲基。

優選上述二異氰酸酯類有機物B的結構式為：R-[N＝C＝O]n,其中，n≥2，優選R為碳含量大于1的烷基橋聯基團。

上述類碳酸丙烯酯化合物A優選采用碳酸乙烯亞乙酯(VEC)、苯乙烯碳酸酯或碳酸-2,3-丁二醇酯；所述二異氰酸酯類有機物B采用六亞甲基二異氰酸酯；類碳酸丙烯酯衍生物A和二異氰酸酯類有機物B的質量比為(1-9):1。

一種含有本發明鋰離子二次電池電解液添加劑的電解液，包含電解質和溶劑，在所述電解質中含有鋰鹽和鋰離子二次電池電解液添加劑。

上述溶劑優選采用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、亞硫酸二甲酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸甲丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯和乙酸丙酯中的任意一種單質或任意幾種的混合物。

在上述電解質中，鋰鹽優選采用LiPF₆、LiBF₄、LiCF₃SO₃、LiODFB和LiN(SO₂CF₃)₂中的任意一種鹽或任意幾種的混合鹽。