一种用于锂离子电池的添加剂、电解液和正极浆料制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种用于锂离子电池的添加剂、电解液和正极浆料。本发明专利技术添加剂包含一种或多种含通式Ⅰ或通式Ⅱ结构的双马来酰亚胺类化合物；电解液包括电解质盐、非水溶剂和所述添加剂；正极浆料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂及所述添加剂。本发明专利技术添加剂结构中含有大量未共享离子对和极性官能团，其与金属氧化物类电极材料及集流体均具有较强相互作用力，在电极浆料中，可改善金属氧化物类正极颗粒的分散性，显著提高电极材料涂层与集流体间粘结力，提高循环性能。添加剂结构中含有大量双键，高电压下可电化学氧化聚合，有助于在正极材料表面形成更稳定的SEI膜，有效减弱高温高电压下正极材料与电解液的放热副反应。

Additive for lithium ion battery, electrolyte and positive electrode slurry

The invention belongs to the technical field of lithium ion batteries, in particular discloses an additive used for a lithium ion battery, an electrolyte and an anode slurry. The additive of the invention comprises one or more containing formula I or II formula structure of Bismaleimide compound; the electrolyte includes a non-aqueous solvent and the electrolyte salt, additive; anode slurry comprises an anode active material, conductive agent, binder and the additive. A large number of non shared ion pair and the polar group containing the additive of the invention in the structure, and the metal oxide electrode material and the collector has strong interactions, in the electrode paste, dispersion of metal oxides can be positive particles improve, significantly improve the electrode material coated with the collector bonding force, improve the cycle performance. The additive structure contains a large number of double bonds, high voltage under electrochemical polymerization, SEI film on surface of cathode materials contributes to the formation of more stable, effectively reduce high temperature materials and electrolyte cathode under high voltage exothermic reaction.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的添加剂、电解液和正极浆料
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种用于高比能锂离子电池的添加剂、电解液和正极浆料。
技术介绍
随着经济的发展和科技的进步，人类对能源的需求不断上升。对于石油、天燃气等传统一次化石能源日益匮乏及其规模使用所导致的空气污染、温室效应等环境问题日益严重的现状，发展清洁和可再生能源已成为国际社会发展的重大战略。二次电池作为一种可以循环使用的高效、清洁储能装置，是综合缓解能源、资源和环境问题的一项重要技术途径。与铅酸电池、镍镉电池等其他二次电池体系相比，锂离子电池因兼具能量密度高、功率密度高、工作电压高、循环寿命长、工作温度宽且无污染、无记忆效应等优点而备受青睐，不仅已被广泛应用在MP4、手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机等各类便携式电子产品中，而且还被认为是未来电动汽车、规模储能等高新
的理想配套电源。然而，随着新一代便携式电子产品和电动汽车的发展，迫切需要提高电池的能量密度。当前，锂离子电池的能量密度受制于正极材料的比容量；因此，开发高容量正极材料已成为锂离子电池发展的技术关键。与常见锂离子电池正极材料相比，富锂锰基固溶体正极材料因具有比容量高(250-300mAh/g)、环境友好、成本低廉等优势，被视为最具发展前景的正极体系。然而，现在，富锂锰基正极仍存在应用方面的诸多问题，例如首周效率偏低、容量衰减较快、倍率性能不佳，循环过程中电压下降，安全性差等。目前，富锂锰基类电极材料性能改善方法主要为通过表面包覆、体相掺杂、调节组分含量等改善电极材料本身的电化学性能。然而，具有较高放电比容量的电极材料往往因具有较小的一次颗粒而加工性能较差，如与集流体间粘结力差而容易脱箔；富锂锰基类电极材料较高的工作电压(4.6-4.8V)导致正极材料与电解液间的副反应更加剧烈，安全性能更差。由此可见，仅通过改变材料本身，无法使电极材料发挥出最佳的应用性能，因此，还需进一步开发其他方式来提高高比能锂离子电池的应用性能。三元正极材料因安全性和成本优势，应用越来越广泛，但其在能量密度和克容量方面还有待提高。在三元正极材料镍钴锰酸锂中提高镍的含量，会提高克容量和电池的能量密度，但是镍含量高的材料吸水性强、稳定性也随之降低，特别是在高电位下，镍元素的催化作用会加速常规电解液的分解，导致电池循环性能降低、高温条件气胀严重。因此，急需开发可以提高电极/电解液界面稳定性的新方法。中国专利CN101685875A公开了一种马来酰亚胺、双马来酰亚胺、聚马来酰亚胺、聚双马来酰亚胺、双马来酰亚胺与马来酰亚胺的共聚物或上述混合物作为电解液添加剂来制备锂离子电池，提高硅负极的充放电效率与寿命。中国专利CN103579675A中公开了一种可以提高锂离子电池电解液电化学窗口的含马来酰亚胺衍生物、双马来酰亚胺衍生物或两者组合的电解液添加剂。现有技术通过在电解液中加入添加剂来改善电解液的性能，以满足高电压条件下的应用要求；双马来酰亚胺类化合物作为添加剂在非水性电解质中按适当比例添加，其添加量对电极材料电化学性能影响较大，需要准确控制；对于高比能电池来讲，电极涂层往往较厚，浸润性较差，比例不当会导致添加剂分布不均匀，易在电极隔膜侧过量富集形成较厚层而影响电池的充放电性能，同时不能对集流体侧电极材料起到作用。中国专利CN102044675A公开了一种结构为通式I、通式II所述的酰亚胺锂离子正极浆料添加剂，该专利中添加剂用于提高整体正极体系的稳定性，电池的高温和过充的安全性能。中国专利CN101212052A将具有类似树枝状的高度分枝结构的改性马来酰亚胺作为电极浆料添加剂，改性马来酰亚胺分散剂是由巴比土酸或其衍生物来改性马来酰亚胺，通过改性马来酰亚胺的支化结构与金属氧化物的络合作用降低浆料粘度，提高稳定性和循环寿命。中国专利CN103050706B将马来酰亚胺添加剂通过氨基氰与三聚氰胺进行改性，作为电极浆料的添加剂，来提高稳定性和循环寿命。上述提到的电极浆料添加剂多为通过多官能团化合物改性后形成的支状结构聚合物，添加剂的制备相对烦琐，且多官能团化合物的加入会在正极浆料中引入新的杂质，这些杂质同样会不同程度地影响锂离子电池的电化学性能；如改性剂氨基氰和三聚氰胺，不仅引入了氰基杂质，而且因氰化物本身为剧毒物质，在生产过程中存在安全隐患，不利于工业规模化生产。因此，仍需研制一种分散性高、粘度低，可改善电解液和正极浆料性能，且能提高电池循环性能及安全性能良好的高比能锂离子电池用添加剂，现有技术还没有有效地解决办法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供了一种可有效提高锂离子电池(尤其是富锂固溶体类高比能锂离子电池)的循环性能及安全性能的添加剂；本专利技术添加剂的结构中含有大量未共享离子对和极性官能团，其与金属氧化物类电极材料及集流体均具有较强相互作用力，在电极浆料中，可改善金属氧化物类正极颗粒的分散性，显著提高电极材料涂层与集流体间的粘结力，提高循环性能。添加剂结构中还含有大量较活泼的双键，高电压下可电化学氧化聚合，有助于在正极材料表面形成更稳定的SEI膜，提高电池整体在高温及高电压下的稳定性，有效减弱高温高电压下正极材料与电解液间的放热副反应。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种用于锂离子电池的添加剂，所述添加剂包括一种或多种含有通式Ⅰ或通式Ⅱ结构的双马来酰亚胺类化合物；所述通式I的结构如下：所述通式II的结构如下：R1选自-R-、-RNH2R-、-C(O)CH2-、-CH2OCH2-、-C(O)-、-O-、-O-O-、-S-、-S-S-、-S(O)-、-CH2S(O)CH2-、-(O)S(O)-、-C6H4-、-CH2(C6H4)CH2-、-CH2(C6H4)(O)-、伸苯基和伸联苯基中的一种或几种；R2选自-R-、-C(O)-、-C(CH3)2-、-O-C6H4-C(CH3)2-C6H4-O-、-O-、-O-O-、-S-、-S-S-、-S(O)-和-(O)S(O)-中的一种或几种；其中，所述R为含有1-6个碳的烃基。进一步地，所述R1和R2为二价有机取代基。进一步地，所述R1还包含-R-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-R-、-C6H4-、-C6H4C6H4-、取代的伸苯基和取代的伸联苯基中的一种或几种。进一步地，所述R1优选伸苯基、伸联苯基、取代的伸苯基和取代的伸联苯基中的一种或几种。进一步地，所述R2优选-O-C6H4-C(CH3)2-C6H4-O-。本专利技术还提供了一种用于锂离子电池的电解液，包括：电解质盐、非水溶剂和所述添加剂。进一步地，所述添加剂在电解液中的添加比例为0.1-10wt.％；优选5.0-6.5wt.％。进一步地，所述电解质盐包括LiCl、LiPF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、Li[BF2(C2O4)]、Li[PF2(C2O4)2]、Li[N(CF3SO2)2]、Li[C(CF3SO2)3]和LiBOB中的一种或几种；优选LiBOB或LiPF6；进一步地，所述非水溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂离子电池的添加剂，其特征在于，所述添加剂包括一种或多种含有通式Ⅰ或通式Ⅱ结构的双马来酰亚胺类化合物；所述通式I的结构如下：

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的添加剂，其特征在于，所述添加剂包括一种或多种含有通式Ⅰ或通式Ⅱ结构的双马来酰亚胺类化合物；所述通式I的结构如下：所述通式II的结构如下：其中，R1选自-R-、-RNH2R-、-C(O)CH2-、-CH2OCH2-、-C(O)-、-O-、-O-O-、-S-、-S-S-、-S(O)-、-CH2S(O)CH2-、-(O)S(O)-、-C6H4-、-CH2(C6H4)CH2-、-CH2(C6H4)(O)-、伸苯基和伸联苯基中的一种或几种；其中，R2选自-R-、-C(O)-、-C(CH3)2-、-O-C6H4-C(CH3)2-C6H4-O-、-O-、-O-O-、-S-、-S-S-、-S(O)-和-(O)S(O)-中的一种或几种；其中，所述R为含有1-6个碳的烃基。2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的添加剂，其特征在于，所述R1和R2为二价有机取代基；所述R1还包含-R-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-R-、-C6H4-、-C6H4C6H4-、取代的伸苯基和取代的伸联苯基中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的用于锂离子电池的添加剂，其特征在于，所述R1为伸苯基、伸联苯基、取代的伸苯基和取代的伸联苯基中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的用于锂离子电池的添加剂，其特征在于，所述R2为-O-C6H4-C(CH3)2-C6H4-O-。5.一种用于锂离子电池的电解液，其特征在于，包括：电解质盐、非水溶剂和根据权利要求1-3中任一项所述的添加剂。6.根据权利要求5所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，所述添加剂在电解液中的添加比例为0.1-10wt.％。7.根据权利要求6所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，所述添加剂在电解液中的添加比例为5.0-6.5wt.％。8.根据权利要求5所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，所述电解质盐包括LiCl、LiPF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、Li[BF2(C2O4)]、Li[PF2(C2O4)2]、Li[N(CF3SO2)2]、Li[C(CF3SO2)3]和LiBOB中的一种或几种。9.根据权利要求8所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，所述电解质盐为LiBOB或LiPF6。10.根据权利要求5所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，所述非水溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸二丙酯、N-甲基吡...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢世刚，张海燕，刘宝，李翔，王建涛，庞静，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11