[发明专利]一种锂电池电解液防过充添加剂及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂电池电解液防过充添加剂及其制备方法。本发明的锂电池电解液防过充添加剂通过式(I)化合物与式(II)化合物进行聚合反应后得到。本发明的锂电池电解液防过充添加剂能够显著提升防过充性能，同时对锂电池的电化学性能并无显著影响。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂电池电解液防过充添加剂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在电动汽车、电动自行车、混合电动车等领域作为动力源，其能量密度和安全问题受到越来越多的重视。但是从某种程度上讲，能量密度和安全问题是存在一定的反相关关系。例如，随着能量密度的提升，要求电池具有较高的工作电压，而工作电压高则容易造成过充，在过充的过程中，锂离子从正极脱嵌并在负极上得到电子，过渡沉积的锂在负极形成锂枝晶，锂枝晶可能会刺破隔膜导电池内短路；过渡脱锂的正极材料在锂离子电解液中有极高的反应活性，在高温下容易发生热分解反应并放出热量；不管哪种机制都会放出大量的热量，造成锂离子电池热失控，导致安全事故，因此存在很大的安全隐患。

解决锂离子电池过充的方法主要有两种。传统方法常在电池外部采用安全措施，如安装电流中断装置、防爆安全阀，或是在电池的安全帽内安装PTC聚合物开关，这些方法都不能彻底解决电池过充造成的安全问题，也会一定程度上降低锂离子电池的能量密度。现在常用的一种解决锂离子电池过充安全问题的方式是优化电解液的组成，具体的可以是选择有效的防过充添加剂，这种方法经济性高、操作方便，且不会明显降低锂离子电池的能量密度，因此逐步被市场接受。

但是，现有的防过充添加剂存在添加剂的用量较大、加大电池的不可逆容量损失、降低充放电效率、缩短电池循环寿命等明显的性能缺陷，不能很好的实现防过充作用。因此，亟需寻找一种更加安全有效的锂电池电解液防过充添加剂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锂电池电解液防过充添加剂及其制备方法。本发明的锂电池电解液防过充添加剂能够显著提升防过充性能，同时对锂电池的电化学性能并无显著影响。

本发明的第一方面，提供一种锂电池电解液防过充添加剂的制备方法，包括如下步骤：

通过式(I)化合物与式(II)化合物进行聚合反应后得到；

其中，X选自CH或N；

R₁、R₂、R₃和R₄各自独立的选自H、卤素、C_1～6烷基、C_1～6烷氧基、C_1～6卤代烷基、氰基中的至少一种。

当锂电池充电到一定电压，本申请的单体分子被氧化成自由基离子，然后自由基离子在电解液中偶合成聚合物并沉积在正极和贴近正极的隔膜表面，形成高聚物，减小电池电流，提高电池的安全性能。

本申请将式(I)化合物与式(II)化合物热聚合后生成的高分子聚合物作为电解液添加剂，有利于提高电解液的分解电压，升高电解液与正极材料的反应温度，同时反应热降低。因此，能够避免“热失控”的发生，改善电池在过充期间存在的安全性问题。

除此之外，本申请中热聚合的单体使用的是5-甲基-4-((三氟甲氧基)甲基)-1,3-二氧戊环-2-酮与吡啶或哒嗪衍生物；前者可以承受锂化引起的硅包埋阳极的体积膨胀，并为锂离子传输提供方便的离子通道；后者有利于增加添加剂传输电荷的能力，且其与负极尤其是石墨负极具有良好的相容性。本申请的两种单体均满足电化学稳定性好、热稳定性好的特点，且不影响锂离子电池内部锂离子传导。