專利名稱：鋰離子電池電解液及其添加劑的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種能夠改善鋰離子電池低溫循環性能的電解液及其添加劑。
背景技術：
隨著鋰離子電池在便攜式電器領域應用的迅速發展，鋰離子電池技術正朝著特殊領域如軍用和航空領域發展，目前鋰離子電池的主要應用問題是低溫性能無法滿足要求，其在低溫下的輸出性能下降，主要表現在有效容量的下降和放電電壓平臺下降。電解液作為在電池內起傳導作用的離子導體，其性能及其與正負極形成的界面狀況很大程度上影響電池的溫度性能。鋰離子電池在低溫條件下，電解液粘度增大，電導率降低，導致充放電容量非常低甚至出現析理等現象，進而引起產品不能正常使用甚至爆炸。經研究，電解液的溶劑和添加劑對電芯在低溫下的性能有重要影響，如果增加低熔點、低粘度溶劑含量，電池的低溫性能確實有所提高，但其高溫性能會變差，兩者無法兼顧。另一方面，離子液體具有熱穩定性好、電導率高、電化學窗口寬、不揮發、不燃燒等特點，作為新一代功能電解質材料以及電解液添加劑在不同電池體系中的應用成為當前研究的熱點。功能化離子液體是在陰、陽離子中引入一個或多個官能團或離子液體本身具有特定的結構而賦予或使得離子液體具有某種特殊功能或特性，有望成為解決鋰離子電池溫度性能的突破點。有鑒于此，確有必要開發出一種能夠改善鋰離子電池低溫循環性能、但對其高溫性能影響較小的電解液及其添加劑。
發明內容
本發明的目的在于:提供一種能夠在不影響鋰離子電池的高溫性能或影響較小的條件下，提高鋰離子電池的低溫循環性能的鋰離子電池電解液及其添加劑。為了實現上述發明目的，發明人經潛心研究發現:將N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽加入鋰離子電池電解液中，能夠提高電解液對活性物質極片的浸潤性，這是因為該物質的疏水側鏈(氮原子上的取代基)與親水頭部(吡咯烷酮環)具有雙親特性，在降低表面張力和聚集行為方面有著顯著地作用，其原因在于:一是吡咯烷酮具有內酰胺結構，容易和正極粘結劑中的鹵素原子等產生氫鍵作用，而且羰基氧和氮原子具有較大極性容易與金屬原子產生配位作用，因此對正極片的潤濕能力非常強；二是疏水側鏈容易與負極片中的非極性物質以及SEI膜中某些官能團形成氫鍵等分子間作用力以及靜電作用等，對負極片的浸潤也有很大提高，還會通過這些作用覆蓋在負極或其SEI膜表面，形成物理的“保護膜”，能夠有效的減小甚至阻止溶劑在負極表面還原。此外在充放電時，離子液體陽離子與鋰離子的靜電斥力可減小鋰離子的濃差極化，從而減小鋰離子嵌插負極不及而析鋰，提高放電性能，從而改善鋰離子電池循環性能；而且N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽在高溫下不影響電芯存儲，毒性很低，對環境溫和，是一種很有潛力的電解液添加劑。
基于上述理論，提供一種鋰離子電池電解液添加劑，其成分包括N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽和SEI成膜添加劑，其中，N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽的化學結
構式如下，
權利要求
1.一種鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述添加劑包括N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽和SEI成膜添加劑。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽的結構通式如下:
3.根據權利要求2所述的鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述結構通式中的R優選為短鏈烷基、醚基、烷基氰基或烷基酯基，τ優選為TFSr或FS1-。
4.根據權利要求1所述的鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽優選為1-甲基-2-氧-1-丙基吡咯烷酮雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鹽、1-(3-甲氧基丙基)-1-甲基2-氧-吡咯烷酮雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鹽、1-(氰基甲基)-1-甲基2-氧-吡咯烷酮雙(三氟甲基磺酰基)亞胺鹽、1-(2-甲氧基-2-氧代乙基)-1-甲基2-氧-吡咯烷酮雙(氟磺酰)亞胺鹽中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述SEI成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯。
6.一種鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、溶劑和添加劑，其特征在于:所述添加劑為權利要求I至5中任一項所述的添加劑。
7.根據權利要求6所述的鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽在電解液中的質量分數為ι°/Γιο%。
8.根據權利要求6所述的鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述SEI成膜添加劑在電解液中的質量分數為0.59TlO%。
9.根據權利要求6所述的鋰離子電池電解液添加劑，其特征在于:所述溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、Y-丁內酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、四氫呋喃中的一種或幾種的組合。
全文摘要
本發明公開了一種鋰離子電池電解液及其添加劑，其添加劑的成分包括N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽和SEI成膜添加劑。相對于現有技術，本發明通過向鋰離子電池電解液中加入N-甲基-2-吡咯烷酮衍生物季銨鹽離子液體添加劑，顯著提高了電解液對活性物質極片的浸潤性，改善了鋰離子電池電解液低溫下存在的放電容量低、循環壽命差等問題，能有效地提高鋰離子電池低溫電化學性能。
文檔編號H01M10/0567GK103151560SQ20131004633
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者王可飛, 張耀, 陳杰, 傅俊祥 申請人:東莞新能源科技有限公司