CN102324565A - 一种电解液添加剂及含有该添加剂的电解液和锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电解液添加剂，为结构通式如下的化合物：

Description

一种电解液添加剂及含有该添加剂的电解液和锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及用于提高锂离子电池循环寿命的电解液添加剂，本发明还涉及含有所述添加剂的锂离子电池电解液体系和包含该电解液体系的锂离子电池。
背景技术
近年来，随着人们环境保护意识的不断增强，围绕着绿色可持续发展能源的问题，全世界范围内对高能化学电源的研究不断向纵深发展，其中锂离子电池成为最具有实用优势的电源种类之一。作为锂离子电池重要组成的电解液体系也经历了不断的发展。不论是电解质锂盐、新型的有机溶剂还是电解液添加剂，对这些组分的研究一直在进行，由于添加剂能够对电池的性能产生很大的影响，因此受到广泛的重视。
CN1358337A，提供了一种既含有环状碳酸酯结构，又含有线性碳酸酯结构的化合物，如4-甲氧甲酰基甲基-1，3-二氧戊环-2-酮或4-乙氧甲酰基甲基-1，3-二氧戊环-2-酮，在电解液中添加上述两种化合物中的一种，可使负极的石墨化碳具有较高的电容量，优异的充放电循环寿命和低温性能。
US20060024585，提供了一种叫做联苯及其联苯衍生物，电解液中添加5％左右的该种化合物可预防过充，提高安全性；若浓度降低到0.5％左右，可在正极表面成膜，明显提高充放电循环寿命。
US20060216612，提供了一种叫做双草酸硼酸锂的锂盐，电解液中添加少量的该种锂盐，可明显改善负极表面的成膜，提高电池的循环寿命。
US20060024586，提供了一种叫做氟代二酸酐的化合物，在电解液中添加该化合物，可使负极表面形成的SEI膜薄而致密，减小阻抗，增加循环寿命。
US20060141364，提供了一种叫做碳酸亚乙烯酯的化合物，在电解液中添加该化合物，可使负极表面形成的SEI膜薄而致密，减小阻抗，增加循环寿命。
研究发现，联吡啶及其衍生物是一类应用非常广泛的非质子性有机溶剂。在电解液中添加该类化合物，可使正极表面形成薄而致密的膜，防止正极脱落或溶解，对正极活性物的稳定起到一定的作用，可明显增加电池的循环寿命和高温循环性能。
但是，究竟采用何种联吡啶及其衍生物作为在电解液中的添加剂，还需要进一步的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解液添加剂，并提供一种含有该添加剂的电解液，以及提供一种含有该电解液的锂离子电池，以提高锂离子电池循环寿命和高温循环性能。
为了达成上述目不暇接的，本发明的解决方案是：
一种电解液添加剂，为结构通式如下的化合物：
Figure BDA0000089068990000021
R1为氢、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基或苄基；
R2为氢、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基或苄基。
一种含有上述添加剂的电解液，添加剂的添加量为电解液质量的0.05％-5％，更优的添加量为0.1％-1％。
所述的电解液为含有非质子性有机溶剂的非水性电解液。
所述的非质子性有机溶剂含有环状酯化合物、环状醚化合物、链状酯化合物或者链状醚化合物中的至少一种。
所述的环状酯化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、碳酸丁烯酯或γ-丁内酯。
所述的链状酯化合物为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、甲酸甲酯或甲酸乙酯。
所述的环状醚化合物或者链状醚化合物为乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丁醚、呋喃、甲基呋喃、二甲基呋喃或1，3-二氧五环。
所述的非水性电解液含有锂盐。
所述的锂盐为LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiClO4或LiCF3SO3。
一种含有上述添加剂的电解液在锂离子电池中的应用。
采用上述方案后，本发明的添加剂主要配置在电解液中，当含有该添加剂的电解液在锂离子电池化成时，该添加剂可以在锂离子电池的正极表面形成一层膜，该膜的功效相当于负极表面的SEI膜，具有该正极表面膜的锂离子电池，具有长的循环寿命，较好的高温性能等。
具体实施方式
一、电解液配置
电解液溶剂比例(体积比或者重量比，由于是液体化合物，一般采用体积比)为碳酸二甲酯DMC∶碳酸甲乙酯EMC∶碳酸乙烯酯EC＝1∶1∶1，锂盐采用六氟磷酸锂LiPF6，浓度1.2M(是摩尔浓度mol/l)，添加剂有1％(占添加剂的质量百分比)的碳酸乙炔酯VC，0.8％(占添加剂的质量百分比)的联吡啶，组成的溶液经过充分溶解摇匀后待用。
二、锂离子电池制备
锰酸锂正极片、人造石墨负极片、隔膜组成锂离子电池，注上电解液后老化12h，化成采用0.1C充电5h后，再用0.2C充电到截止电压4.2V，恒压到电流小于0.05C截止，电池充满；用0.2C放电到截止电压2.7V；然后再用0.2C充放电循环2次，化成结束。
钴酸锂、三元素、磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，采用同样的方法进行化成。
三、循环寿命
采用0.5C充电，1C放电制式进行循环寿命评价，室温条件。
四、低温循环寿命
-20℃条件下，进行0.2C充电，0.5C放电的循环寿命试验。
五、高温循环寿命
+60℃条件下，进行0.5C充电，1C放电的循环寿命试验。

Claims (10)

1.一种电解液添加剂，其特征在于为结构通式如下的化合物：
Figure FDA0000089068980000011
R1为氢、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基或苄基；
R2为氢、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基或苄基。
2.一种电解液，其特征在于：含有如权利要求1所述添加剂，添加剂的添加量为电解液质量的0.05％-5％。
3.如权利要求2所述的一种电解液，其特征在于：添加剂的添加量为为电解液质量的0.1％-1％。
4.如权利要求2所述的一种电解液，其特征在于：电解液为含有非质子性有机溶剂的非水性电解液。
5.如权利要求4所述的一种电解液，其特征在于：非质子性有机溶剂含有环状酯化合物、环状醚化合物、链状酯化合物或者链状醚化合物中的至少一种。
6.如权利要求5所述的一种电解液，其特征在于：环状酯化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、碳酸丁烯酯或γ-丁内酯。
7.如权利要求5所述的一种电解液，其特征在于：链状酯化合物为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、甲酸甲酯或甲酸乙酯。
8.如权利要求5所述的一种电解液，其特征在于：环状醚化合物或者链状醚化合物为乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丁醚、呋喃、甲基呋喃、二甲基呋喃或1，3-二氧五环。
9.如权利要求4所述的一种电解液，其特征在于：非水性电解液含有锂盐，锂盐为LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiClO4或LiCF3SO3。
10.如权利要求2所述的一种电解液在锂离子电池中的应用。
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