[发明专利]锂电池用聚合物的制造方法、锂电池电解液和锂电池

说明书

本发明公开了一种锂电池用聚合物的制造方法、锂电池电解液和锂电池，锂电池用聚合物的制造方法包含在有机酸的存在下，使马来酰亚胺化合物和至少一种二胺化合物的混合物进行聚合反应，以制得所述锂电池用聚合物。上述马来酰亚胺化合物的结构包含至少二个马来酰亚胺单元。应用此锂电池用聚合物，可提升锂电池的高温电容量，并改善高温高电压时锂电池的循环寿命。

技术领域

本发明是有关于一种锂电池用聚合物的制造方法、锂电池电解液和锂电池，且特别是有关于将特定结构的锂电池用聚合物溶解于锂电池电解液中，使锂电池在充放电的过程中可于电极表面上形成聚合物膜的技术。

背景技术

近年来，因为环境变迁因素，全世界致力于减少碳排放量，促成电动车加速开发，对电池电性特性的要求也更加严格。由于消费电子和动力电池对能量密度的需求，锂电池正极材料朝着高电容量、高电压材料发展，而负极材料亦向高能量的硅材料、锂金属或石墨材料等方向发展。

锂电池以锂化过渡金属氧化物为正极，并以石墨电极为负极。在充、放电的过程中，通过锂电池的电解液在正极和负极的表面形成固态电解质膜(solid electrolyteinterface；SEI)。

目前使用的电解液中的碳酸酯类有机溶剂所形成的烷氧基碳酸锂SEI膜的稳定性较差，在充、放电循环时出现溶解、破裂等情况，使得SEI膜需重复再生。因此，锂离子随着使用时间(或充放电循环次数)的增加而持续损耗，造成锂电池电容量的下降。同时，SEI膜的增生也会增加锂电池的内电阻，加速锂电池性能的衰退。再者，不完全的SEI膜无法提供电极良好的保护效果，造成正极材料的金属析出、材料结构破裂，导致锂电池循环寿命的衰退。

针对上述烷氧基碳酸锂SEI膜的缺点，目前提出在电解液中加入添加剂，并通过此添加剂在锂电池充、放电过程中在电极表面上形成不同材质的保护膜。

其中一种添加剂为含硅马来酰亚胺及/或含硅双马来酰亚胺的单体分子。通过上述添加剂，可使锂电池的电化学窗口扩大至大于5V，改善循环寿命和提升电容量。然而，上述添加剂使得锂离子的传导性变差，且所提升的循环寿命和电容量有限。

另一种添加剂为马来酰亚胺及/或双马来酰亚胺单体与二胺化合物在N-甲基吡咯烷酮中聚合所形成的聚合物。然而，此种添加剂的制造方法中所使用的马来酰亚胺含量过高，且聚合反应温度高，造成所制得的添加剂成膜性不佳。添加此种添加剂的锂电池的电容量不佳。

因此，目前亟需提出一种锂电池用的聚合物的制造方法，使用上述锂电池用聚合物的锂电池电解液以及锂电池，以有效提升锂电池的高温电容量，并改善高温高电压时锂电池的循环寿命。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种锂电池用聚合物的制造方法，其是使用特定结构的马来酰亚胺化合物和二胺化合物进行反应而得。

本发明的另一个目的提供一种锂电池电解液，其包含上述的锂电池用聚合物。

本发明的又一个目的提供一种锂电池，其是使用上述锂电池电解液，并使电解液中的锂电池用聚合物于锂电池的电极上形成聚合物膜。

根据本发明的上述目的，提供一种锂电池用聚合物的制造方法。在一些实施例中，上述制造方法包含在有机酸的存在下，使马来酰亚胺化合物和至少一种二胺化合物的混合物进行聚合反应达96小时至144小时，以制得所述锂电池用聚合物。上述马来酰亚胺化合物的结构包含至少二个马来酰亚胺单元，且所述混合物中的马来酰亚胺化合物与至少一种二胺化合物的摩尔比例为1:1至3:1。

依据本发明的一个实施例，上述聚合反应的反应温度为100℃至130℃，且上述有机酸包含醋酸。

依据本发明的一个实施例，上述锂电池用聚合物的重量平均分子量为20,000至1,000,000。

依据本发明的一个实施例，上述马来酰亚胺化合物具有如下式(I-1)或式(I-2)所示的结构：