一种功能性添加剂及含有该添加剂的电解液和锂离子电池

摘要

本发明公开一种功能性添加剂，为结构通式如下的化合物：R可以是氢、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基或苄基。本发明并公开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。

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及用于提高锂离子电池循环 寿命的功能性添加剂，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，β-甲基萘及其衍生物是一类应用非常广泛的有机化 合物。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，究竟采用何种结构的β-甲基萘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功能性添加剂，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：

一种功能性添加剂，为结构通式如下的化合物：

R可以是氢、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，在锂离 子电池化成时，含有该添加剂的电解液可以在锂离子电池的正极表面 形成一层膜，该膜和负极表面的SEI膜具有相同的功效，对延长锂离 子电池的循环寿命，高温性能等具有明显效果。

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(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，0.5％(占添 加剂的质量百分比)的β-甲基萘，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。