[发明专利]一种用于锂离子电池的添加剂、电解液和正极浆料

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，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。

背景技术

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、规模储能等高新技术领域的理想配套电源。

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。