CN109638352B - 基于环酰胺-异氰酸酯的组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于环酰胺‑异氰酸酯的组合物及其应用。该组合物的主要组成及质量百分含量为：环酰胺类化合物0.5～90%，异氰酸酯类化合物0.01～45%所述的环酰胺化合物的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中R1~4各自独立为氢、卤素、羟基、氨基或含碳原子数不大于12的直连或支链烷基；所述的异氰酸酯化合物的结构式为：

Description

基于环酰胺-异氰酸酯的组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种基于环酰胺-异氰酸酯的组合物及其应用。
技术背景
在众多锂离子电池负极材料中，金属锂拥有最高的理论容量（3860 mAh g-1）和最低的电势（-3.040 V vs. SHE），是下一代高能量密度电池最有前景的负极材料之一。然而，金属锂在充放电过程中体积变化极大，从而导致现有的负极界面膜极易发生破损，引发锂离子在负极与电解液界面处的不均匀分布，造成树枝状锂枝晶的沉积；而锂枝晶一方面可能刺穿电池绝缘隔膜，从而引发短路进而导致起火等安全隐患，另一方面锂枝晶的生长不断破坏SEI，导致副反应增加，极大缩短电池循环寿命。因此，提高金属锂界面的稳定性便显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环酰胺-异氰酸酯的组合物，该组合物利用两类化合物的共同作用，可以在金属锂表面构筑稳定的界面膜，降低界面阻抗的同时抑制锂枝晶的生长，从而有效提高电池的安全和循环性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于环酰胺-异氰酸酯的组合物，其特征在于该组合物的主要组成及质量百分含量为：
环酰胺类化合物 0.5～90%，
异氰酸酯类化合物 0.01～45%
所述的环酰胺化合物的结构式为：
Figure 98235DEST_PATH_IMAGE001
其中R1～R4各自独立为氢、卤素、羟基、氨基或含碳原子数不大于12的直连或支链烷基；
所述的异氰酸酯化合物的结构式为：
Figure 605439DEST_PATH_IMAGE002
，其中R为碳原子数不大于20的直连或支链烷基。
此外，该组合还可能含有碳酸酯、腈、砜、锂盐及其他锂电池电解液常用组分。
一种根据上述基于环酰胺-异氰酸酯的组合物的制备方法，其特征在于该上述各物质仅需简单混合物即可。
一种根据上述基于环酰胺-异氰酸酯的组合物在提高锂离子电池负极材料中金属锂界面的稳定性中的作用。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明提供了一种基于环酰胺-异氰酸酯化合物的电解液添加剂组合，可以在锂金属负极表面成膜，阻碍电解液的进一步分解，有效提高金属锂电极的表面稳定性。
（2）本发明的电解液添加剂体系，与现有的锂离子电池体系符合很好，不需要更换电解液、薄膜、正极材料、外壳。
（3）本发明的电解液添加剂体系成分清晰、制备方法简单。
（4）本发明的电解液添加剂体系适合工业应用，在动力电池和储能电池领域具有广泛的应用前景。
采用本发明的基于环酰胺-异氰酸酯化合物构成的负极成膜添加剂组合，可以在锂金属表面生成一层稳定的联酰胺界面层，降低界面阻抗的同时可以抑制大电流下锂枝晶的生成。
具体实施方式
实施例一：
化合物A1的结构式为：
Figure 536355DEST_PATH_IMAGE003
；化合物A2的结构式为：
Figure 383088DEST_PATH_IMAGE004
；化合物A3的结构式为：
Figure 249413DEST_PATH_IMAGE005
；化合物A4的结构式为：
Figure 368548DEST_PATH_IMAGE006
；化合物A5的结构式为：
Figure 650625DEST_PATH_IMAGE007
；化合物A6的结构式为：
Figure 679760DEST_PATH_IMAGE008
。
化合物B1的结构式为：
Figure 841620DEST_PATH_IMAGE002
，R为： -C3H6-；
化合物B2的结构式为：
Figure 323417DEST_PATH_IMAGE002
，R为：-C6H12-；
化合物B3的结构式为：
Figure 205923DEST_PATH_IMAGE002
，R为：
Figure 761669DEST_PATH_IMAGE009
；
化合物B4的结构式为：
Figure 360009DEST_PATH_IMAGE002
，R为：
Figure 63523DEST_PATH_IMAGE010
；
化合物B5的结构式为：
Figure 687402DEST_PATH_IMAGE002
，R为：
Figure 815764DEST_PATH_IMAGE011
添加剂组合见下表：
Figure 194793DEST_PATH_IMAGE013
使用时，仅需将表中物质按相应比例混合后与电解液混合使用，或直接添加于电解液中。
实施例二：电解液以HR-8335(山东海荣)为基液，加入本发明的基于环酰胺-异氰酸酯的组合物，下表中的用量是指组合物在基液中的质量百分比浓度。
Figure DEST_PATH_IMAGE015
锂电池的制备：以磷酸铁锂（LFP）为活性材料，与导电剂活性炭(Super P)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)在氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中均匀混合，活性材料、活性炭(Super P)和粘结剂的质量比分别为75:10:15，然后在铝箔上涂覆压片，制得正极。
以金属锂片为负极，采用PP/PE隔膜，采用电解液1-14，分别组装成CR2032型纽扣锂电池1-14a。对照电池仅采用HR-8335(山东海荣)为电解液。
电化学性能测试：将上述电池在LAND-CT2001A充放电测试仪上进行电化学性能测试。具体地，在2.5-3.7 V范围内，先对电池0.2C充电到3.7 V，静止30s后，在0.5C电流下进行恒流放电，截止电压为2.5 V。以此为一个循环，其它条件不变循环100周。结果如下表所示(mAhg-1)。
Figure DEST_PATH_IMAGE017

Claims (1)

1.一种锂电池，该锂电池包括正极、隔膜、负极以及电解液，其中，所述负极为金属锂片，所述电解液的添加剂采用基于环酰胺-异氰酸酯的组合物，其特征在于，该组合物由环酰胺类化合物和异氰酸酯类化合物组成，所述组合物的组成的质量百分含量为：
环酰胺类化合物 0.5～90％，
异氰酸酯类化合物 0.01～45％,
所述的环酰胺化合物的结构式为：
Figure FDA0003471772020000011
其中R1～4各自独立为氢、卤素、羟基、氨基或含碳原子数不大于12的直链或支链烷基；
所述的异氰酸酯化合物的结构式为：
Figure FDA0003471772020000012
其中R为碳原子数不大于20的直链或支链烷基。
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