[发明专利]一种锂二次电池电解液添加剂及溶剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池电解液添加剂及溶剂，具体地说，涉及一种适合在低温环境工作的锂二次电池电解液添加剂，还涉及一种锂二次电池电解液的溶剂，所述溶剂能在锂二次电池的阳极上被还原形成固体电解质界面(SEI)膜，属于锂电池材料领域。

背景技术

近年来，随着电子和信息产业的快速发展，移动通讯、数字处理机、便携式计算机的广泛应用，空间技术和国防装备技术需求的不断进步以及电动汽车(EV)的研制和开发，人们对化学电源，特别是高性能的二次电池的需求迅速增长。

锂二次电池具有工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小和循环寿命长等优良特性，是21世纪化学电源发展的主体能源。其中，电解液作为锂二次电池的重要组成部分，在很大程度上影响着锂二次电池的电化学性能和安全性能。为了保证锂二次电池的低内阻、长寿命和安全性好的性能，一般要求锂二次电池的电解液应当满足如下特性：首先，要求其在较宽的温度范围内离子电导率高并且锂离子的迁移数大，以减少电池在充放电过程中的浓差极化；其次，要求其电化学窗口较宽，满足在电化学过程中电极反应的单一性，并与电极的相容性要好；最后，还要求其安全性好，闪点高或不燃烧。

锂二次电池电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂三部分组成，研究发现，通过改变电解液的组成来改善锂二次电池在低温下的性能被证明是可行的技术途径。但是，目前商品化的锂二次电池还很难满足诸如电动车、航天技术和军事等重要领域的需要，主要原因之一就是商品化的锂二次电池在低温下性能不佳，即电池的循环性能、容量性能以及倍率性能等性能差，这主要是由于低温下锂二次电池电解液的电导率低造成的。此外，为了提高电解液与锂二次电池阳极的相容性，通常希望电解液能在锂二次电池的阳极表面形成一层固体电解质界面膜，以起到保护阳极的作用。近年来，为了在锂二次电池的阳极表面形成一层固体电解质界面膜，一些新型的成膜化合物已经在锂二次电池电解液中得到应用，例如碳酸亚乙烯酯(VC)，参见国际专利公开文本WO2009042958-A1。但是现有技术中的这些成膜化合物通常闪点和沸点很低，而且氧化电位也不高，限制了它们的进一步应用。

发明内容

针对现有锂二次电池的电解液在低温下电导率低，电解液中在阳极表面形成固体电解质界面膜的溶剂化合物闪点、沸点和氧化电位低的缺陷，本发明的目的之一是提供一种锂二次电池电解液添加剂，所述电解液添加剂可以显著提高锂二次电池电解液在低温下的电导率。

本发明的目的之二是提供一种锂二次电池电解液的溶剂，所述溶剂能在锂二次电池的阳极上被还原形成固体电解质界面膜，具有很好的成膜性能，并具备高的闪点、沸点和氧化电位，是锂二次电池阳极上固体电解质界面膜的理想的成膜材料。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种锂二次电池电解液添加剂，所述添加剂为化学结构式如式I所示的线性碳酸酯：

其中，R选自碳原子数为1～20的烷基或用卤素原子取代氢的碳原子数为1～20的烷基(部分或完全取代)；R′选自碳原子数为1～20的烷基、用卤素原子取代氢的碳原子数为1～20的烷基(部分或完全取代)、碳原子数为1～20的烷氧乙基、用卤素原子取代氢的碳原子数为1～20的烷氧乙基(部分或完全取代)、碳原子数为6～30的芳基或用卤素原子取代氢的碳原子数为6～30的芳基(部分或完全取代)其中之一；其中，所述卤素原子选自氟原子、氯原子、溴原子或碘原子其中之一。其中，R优选为碳原子数为1～6的烷基；R′优选为碳原子数为1～6的烷基；更优选R和R′分别独立地选自碳原子数为1～3的烷基。

一种锂二次电池电解液，所述电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂三部分组成，其中，所述添加剂为本发明所提供的一种锂二次电池电解液添加剂，所述添加剂为化学结构式如式I所示的线性碳酸酯：

其中，R选自碳原子数为1～20的烷基或用卤素原子取代氢的碳原子数为1～20的烷基(部分或完全取代)；R′选自碳原子数为1～20的烷基、用卤素原子取代氢的碳原子数为1～20的烷基(部分或完全取代)、碳原子数为1～20的烷氧乙基、用卤素原子取代氢的碳原子数为1～20的烷氧乙基(部分或完全取代)、碳原子数为6～30的芳基或用卤素原子取代氢的碳原子数为6～30的芳基(部分或完全取代)其中之一；其中，所述卤素原子选自氟原子、氯原子、溴原子或碘原子其中之一。其中，R优选为碳原子数为1～6的烷基；R′优选为碳原子数为1～6的烷基；更优选R和R′分别独立地选自碳原子数为1～3的烷基。以所述电解液中溶剂和添加剂的总体质量为100％计，所述添加剂的质量百分数为1～50％。