[发明专利]一种具有成膜和稳定作用的双功能锂离子电池酰胺类添加剂及含该添加剂的电解液

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的、具有成膜添加和稳定作用的酰胺类双功能添加剂及含该添加剂的电解液，属于锂离子电池领域。 

背景技术

锂离子电池是21世纪发展最快的理想能源，具有比能量大、电压高、循环寿命长、自放电小等优点，成为众多移动电子产品的首选电源，并凭借其自身的综合优势应用于汽车动力电池领域，且除民用电子产品外，锂离子电池已逐渐替代传统的镉镍电池成为军用通信领域的主流电源，同时也是新型通信电源发展的重点方向。 

电解液是锂离子电池的重要组成部分，承担着通过电池内部在正负极之间传输离子的作用，对电池的容量、工作温度范围、循环性能及安全性能等都有重要的影响。锂离子电池在首次充放电过程中，有机电解液会在碳负极表面发生还原、分解，形成一层电子绝缘、锂离子可导的钝化膜，其具有多层结构的特点，靠近电解液的一面是多孔的，靠近电极的一面是致密的，该膜在电极和电解液间充当中间相，具有固体电解质的性质，一般称为固体电解质界面（SEI）膜。由于锂离子的嵌入过程必然经由覆盖在碳负极上的SEI膜，此膜可阻止溶剂分子的共嵌入，避免电极与电解液的直接接触，从而抑制溶剂的进一步分解，提高锂离子电池的充放电效率和循环寿命，因此，电极表面形成的SEI膜将决定整个电池的性能。非水电解液对游离酸、水分含量的要求较高，由于锂离子电池的电压高达3～4V，而水的分解电压仅为1.23V，若电解液中含有较多水分，在高电压充放电下分解，会导致电池性能劣化。电解液中游离酸（HF）的存在会直接破坏SEI膜，从而影响电池的循环性能。因此，添加适合的具有除水降酸作用的稳定剂是保证电池长期稳定运行（尤其在高温条件下）的另一关键因素。 

在锂离子电池有机电解液中添加少量的成膜添加剂，可在不增加或基本不增加电池成本、不改变生产工艺的情况下，在碳负极上优先还原、分解形成性能优良的SEI膜，从而改善碳负极的性能，改善电池的宏观性能。添加适量的稳定剂则可控制电池中的水分和游离酸含量，进一步保证电池的稳定运行。有机添加剂具有与锂离子电池电解液互溶性好、优化效果佳和使用方便等优点，已经引起足够的重视并得到迅速的发展。相比之下，无机添加剂的选择具 有一定的局限性，例如气体添加剂在电解液中溶解度小，充放电过程中会产生大量气体，造成气胀现象，影响电池的安全及循环性能。常用有机添加剂主要是含亚乙烯基的有机不饱和化合物、卤代有机酯、有机硼化物等。其中目前已报道的效果较好的是碳酸亚乙烯酯（VC），但其制备条件苛刻，价格昂贵。 

发明内容

本发明提供了一种具有成膜及稳定作用的双功能酰胺类添加剂，该添加剂可以有效控制电解液中的水分含量，并在石墨负极具有明显的成膜效果，从而起到改善锂离子电池循环性能、提升锂离子电池安全性能的作用，所述电解液由溶剂、锂盐、添加剂所组成。其中添加剂主要包括一系列具有促进成膜和稳定作用的酰胺类化合物，其特征在于有如下结构： 

上述结构中R选自五元或六元的N杂环基团，例如吡咯、咪唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪。 

上述电解液所用有机溶剂可选自甲酸甲酯、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、卤代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、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、环丁内酯、溴环丁内酯、1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、二氧戊环丙烷、二甲氧基丙烷中的两种或多种。 

上述电解液所用锂盐可选自卤化锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂盐、六氟磷酸锂盐、六氟砷酸锂、氯铝酸锂、双草酸硼酸锂盐、双（三氟磺酰）亚胺锂盐、双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂盐中的一种或几种。 

以电解液的总质量为基准，所述锂盐的质量百分数为5%～30%；所述有机溶剂的质量百分数为0～95%；所述添加剂的质量百分数为0.01%～5%。 

本发明的特点是由于添加了酰胺类添加剂，能够在电池负极表面形成稳定的SEI膜，阻止溶剂分子的共嵌入，有效抑制电极与电解液的反应，同时能够有效地控制电解液中水分含量，提高了电池充放电效率和循环寿命。 

附图说明

图1为实施例1和实施例7制得的含酰胺类化合物添加剂烟酰胺的电解液及对比例制得的电解液在0.5C倍率下进行充放电100次测试时的放电容量变化图。 

具体实施方式

本发明通过以下实例加以说明，但本发明并不仅局限于以下实例，所有符合前后所述宗旨的实施办法都在本发明的技术范围内。 

实施例1