一种锂离子电池电解液添加剂及其合成方法和应用

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池电解液及其添加剂和合成方法。

背景技术：

1、锂离子电池具有高比能量、高储能效率和长循环寿命等优点，使得锂离子电池在近年来逐步占据了电动汽车、储能系统以及移动电子设备能量载体的主要市场份额，随着社会的进步和人们物质水平的提高，人们对锂离子电池的要求越来越高。

2、锂离子电池充电时在负极表面形成一层复合电解质膜，有效避免电解液和负极直接接触发生反应。目前常用的成膜添加剂由于碳酸基溶剂发生分解前参与反应成膜，减少了电解液的消耗和后续循环过程中的容量损失，但是造成电池内阻过大，产生大量的不可逆焦耳热，影响锂离子电池的各项性能，降低锂离子电池的循环性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是鉴于上述现有技术的问题，提供一种锂离子电池电解液添加剂，通过在电解液中添加一种2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物为添加剂，改善电池内阻过大的问题，减少高温存储前后的内阻变化，提高电池的循环寿命和高温存储性能。

2、为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案具体如下。

3、本发明首先提供了一种锂离子电池电解液添加剂，所述添加剂为一种2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物中的一种或多种。更为具体的，所述2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物的一般结构式如下：

4、

5、其中，r1，r2，r3为1-3个碳原子的直链或支链烷烃；r4为含有2-6个碳原子的直链或支链烯烃、或者含有f元素的2-6个碳原子的直链或支链烯烃。

6、本发明还提供上述电池电解液添加剂2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物的合成方法，所述合成方法如下：

7、在氮气保护下，取原料2-(羟甲基)丙烯酸甲酯、反应溶剂以及碱，滴加卤代硅烷或者卤代烯烃进行亲核取代的合成反应，得到2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物。

8、其中2-(羟甲基)丙烯酸甲酯与卤代硅烷的合成反应如下：

9、

10、其中2-(羟甲基)丙烯酸甲酯与卤代烯烃的合成反应如下：

11、

12、进一步的，合成反应中2-(羟甲基)丙烯酸甲酯与卤代硅烷或者卤代烯烃的摩尔比为：1：1～2；

13、进一步的，所述合成反应的反应温度为-10℃～40℃，反应时间为2～6h。

14、进一步的，所述合成反应的反应溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯等非极性溶剂；反应中使用的碱是碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠等无机碱或者是三乙胺、异丙胺、二异丙胺或吡啶等有机碱。

15、进一步的，合成反应后得到粗品经过柱纯化或精馏后得到目标产物即所述2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物。

16、本发明还提供了一种锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液，其组成成分包含锂盐、有机溶剂和添加剂。其中，所述添加剂为一种2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物中的一种或多种；所述的2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物质量占电解液总质量的0-5.0％，进一步优选为0.5-2.5％。

17、所述锂盐选自六氟磷酸锂，在电解液中质量百分含量为12.50％。

18、所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂，三者质量比为1：1：1。

19、本发明提出了一种锂离子电池电解液添加剂2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物及其合成以及在锂离子电池电解液中的应用。本发明合成该添加剂采用一步合成法，合成过程较简单，产率和纯度高。所述的2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物作为添加剂应用到锂离子电解液中，可以改善电池内阻过大的问题，减少高温存储前后的内阻变化，提高电池的循环寿命和高温存储性能。

技术特征：

1.一种锂离子电池电解液添加剂，其特征在于：所述添加剂为一种2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液添加剂，其特征在于：所述2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物的一般结构式为：

3.如权利要求1或2所述的一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其特征在于：合成反应中2-(羟甲基)丙烯酸甲酯与卤代硅烷或者卤代烯烃的摩尔比为：1：1～2。

5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其特征在于：所述合成反应的反应温度为-10℃～40℃，反应时间为2～6h。

6.根据权利要求3所述的一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其特征在于：所述反应溶剂为非极性溶剂，选自二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯；

7.根据权利要求3所述的一种锂离子电池电解液添加剂的合成方法，其特征在于：所述合成反应后得到粗品再经过柱纯化或精馏后得到目标产物即所述2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物。

8.一种锂离子电池电解液，其组成成分包含锂盐、有机溶剂和添加剂；其特征在于：其中，所述添加剂为权利要求1或2所述的2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物中的一种或多种；所述的2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物质量占电解液总质量的0-5.0％。

9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述的2-(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物质量占电解液总质量的0.5-2.5％。

10.根据权利要求8所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂，在电解液中质量百分含量为12.50％；所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂，三者质量比为1：1：1。

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池电解液添加剂及其合成方法和应用。所述添加剂为一种2‑(羟甲基)丙烯酸甲酯衍生物。该添加剂采用原料2‑(羟甲基)丙烯酸甲酯与卤代硅烷或者卤代烯烃进行亲核取代的合成反应制得。合成方法为一步合成法，合成过程较简单，产率和纯度高。本发明还公开了该添加剂在锂离子电池电解液中的应用。本发明将添加剂应用到锂离子电解液中，可以改善电池内阻过大的问题，减少高温存储前后的内阻变化，提高电池的循环寿命和高温存储性能。

技术研发人员：高翔,章亦文,李娜,刘福金,刘景成,舒鑫琳,王立杭,汪何琦,杨治彬
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5