[发明专利]电解液添加剂

说明书

技术领域

本发明是关于一种电解液添加剂，特别是关于可以维持电池低阻抗的电解液添加剂。

先前技术

近年来，对于储存能量科技的研究日见增长。电池已被广泛地应用于例如行动电话、摄录像机、笔记型计算机等，国人对此已投入不少研究。其中，二次电池(secondary battery)更引发广大的兴趣。对于二次电池的主要研究方向为提升其能量密度(energy density)与循环寿命(cycle life)。

当锂离子电池进行充电时，锂离子从正极迁出，在传递过程中会经过隔离膜，透过电解液把锂离子传递到负极材料里，而当锂离子电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，经过电解液、隔离膜回到正极材料的结构中。电解液在锂离子电池内负责离子的传导任务，当正负电极产生氧化还原反应后，电子透过外部线路传递产生电流，内部锂离子则透过电解液形成溶剂化离子(Solvented-ion)在正负极间传递。

在锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。此钝化层是一种具有固体电解质特性的接口层，虽是电子绝缘体却是锂离子(Li⁺)的优良导体，Li⁺可以经过钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为固体电解质介面膜(solid electrolyte interface layer，简称SEI膜)。

然而，在一般商用电解液中，锂离子电池经过多次充放电使用后，SEI膜会逐渐增厚，并影响锂离子的嵌移速率及不可逆电容量，且在快速充电时，电极材料会生成不利电池性能之结构，这些状况皆会导致电池的阻抗过高，使得整体电池电容量衰退。因此，需要可以稳定SEI膜厚薄程度的电解液，来保护电极材料与维持低阻抗，以增加电池的循环寿命。

发明内容

本案申请人鉴于已知技术中的不足，经过悉心试验与研究，并一本锲而不舍之精神，终于构思出本案，能够克服先前技术之不足，以下为本案之简要说明。

为了解决一般商用电解液中SEI膜会逐渐增厚，而影响锂离子的嵌移速率及不可逆电容量，以及在快速充电时，电极材料导致的电池阻抗过高，使得整体电池电容量衰退的问题，本案申请人构思出可优先形成对电池材料有利的SEI膜。本发明将本发明之电解液添加剂添加至商用电解液中以保护电极材料。本发明之电解液添加剂可在电极材料表面形成特殊的SEI膜。此特殊的SEI膜不仅可以保护电极材料的结构，且在电池多次充放电后不会增厚，并维持电池的低阻抗，使电池具有较优异的库伦效率。

因此，本发明提供一种用于维持电池低阻抗之电解液，包括：一锂盐；一有机溶剂；以及一电解液添加剂，具有式I化合物，

M为锂或钠；Z为含有硼、铝或磷的路易斯酸(Lewis acid)；Y选自氢、烷基、含氟烷基、含卤素C₁-C₈烷基、含砜基C₁-C₈烷基、含羰基C₁-C₈烷基、含硝基C₁-C₈烷基、硝基(NO₂)、氰基(CN)、醛基(CHO)及羧基(COOH)所组成的群组其中之一；以及X选自-CN、-NO₂、-CHO、-CH₃SO₂、-F或-Cl。

本发明另提出一种制备电解液的方法，包括：将一锂盐与一有机溶剂混合，以获得一中间产物；以及将具有如式I所示之化合物的电解液添加剂与该中间产物混合，以获得该电解液。

本发明另提出一种以式I化合物作为电解液添加剂的用途，该电解液添加剂在电极材料的表面上优先形成有用的保护膜，