本發(fā)明涉及一種苯基及其衍生物和其應(yīng)用，特別是涉及一種帶有多種末端基團(tuán)的苯基及其衍生物和其應(yīng)用，應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有能量密度高、輸出功率大，平均輸出電壓高、自放電小，無(wú)記憶效應(yīng)，可快速充放電，循環(huán)性能優(yōu)越，無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，是最具潛力和商業(yè)價(jià)值的二次電池種類，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電源、便攜電子、家用電器、電動(dòng)工具、公共交通、智能電網(wǎng)及家庭儲(chǔ)能等。然而隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科技水平的提高，各行業(yè)的發(fā)展對(duì)二次電池的能量密度、工作壽命等提出了更高的要求。
研究揭示，鋰離子電池性能衰減的主要原因之一為電解液/電極界面不穩(wěn)定，致使溶劑分子在電極表面反應(yīng)分解，其分解產(chǎn)物如碳酸鋰等在電極表面沉積，造成界面阻抗增加，電池極化增大，致使放電電壓及容量降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種苯基-酰胺材料、其組合物及其作為電解液添加劑的應(yīng)用，通過苯基及其衍生物與酰胺基團(tuán)的組合使用，在不同電極表面均有效提高了電極/電解液的界面穩(wěn)定性，同時(shí)抑制過渡金屬的正極溶出進(jìn)-負(fù)極沉積，從而提高了電池的放電電壓、放電容量及循環(huán)性能，本發(fā)明材料適用于鋰離子電池電解液的添加劑體系，能廣泛應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域。
為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
一種苯基-酰胺材料，其分子結(jié)構(gòu)的兩個(gè)末端基團(tuán)分別為苯環(huán)或芳香環(huán)衍生物，同時(shí)在其分子結(jié)構(gòu)的兩個(gè)末端基團(tuán)之間的橋聯(lián)基團(tuán)中至少有一個(gè)為酰胺官能團(tuán)。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，上述苯基-酰胺材料的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
其中，在上述分子式中的r1和r2中各自分別獨(dú)立為亞甲基和酰胺中的任意一種官能團(tuán)或兩種官能團(tuán)的組合，或者r1和r2的位置為空；在上述分子式中，r3～r12任意一個(gè)位置各自獨(dú)立為-h、羧基、酯基、芳香基及其衍生物、羥基、鹵素、烷氧基或者-oli取代基團(tuán)，其中在r3～r7的位置之一與r8～r12中的位置之一中各自至少有一個(gè)為-h。
一種本發(fā)明苯基-酰胺材料組合物，由至少兩種苯基-酰胺材料混合形成組合物。
一種本發(fā)明苯基-酰胺材料的應(yīng)用，鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，電解液由基液和電解液添加劑混合而成，以至少一種苯基-酰胺材料作為電解液添加劑，相對(duì)于電解液總質(zhì)量，在電解液中的任意一種苯基-酰胺材料添加的量為0.05-10wt.％，電解液的添加劑采用一種苯基-酰胺材料或者兩種苯基-酰胺材料混合形成組合物。
作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，相對(duì)于電解液總質(zhì)量，在電解液中的任意一種苯基-酰胺材料添加的量為0.07-8wt.％。
作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，以至少一種苯基-酰胺材料作為添加劑，與電解基液形成鋰電池電解液，鋰電池的正極材料采用錳酸鋰、鋰鎳鈷錳三元材料、鋰鎳錳氧和其他富鋰材料，形成鋰電池體系。
作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：
1.本發(fā)明采用新型鋰離子電池電解液添加劑體系，其分子結(jié)構(gòu)特征為兩端含有苯或芳香環(huán)衍生物，同時(shí)連接基團(tuán)中含有酰胺官能團(tuán)；此添加劑可同時(shí)實(shí)現(xiàn)正極界面穩(wěn)定和阻斷過渡金屬溶出-沉積行為，從而提高電池的循環(huán)性能；本發(fā)明的電解液體系，與現(xiàn)有的鋰離子電池符合很好，不需要更換薄膜、電極材料、外殼，在動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景；
2.本發(fā)明添加劑制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，添加劑能在控制成本的基礎(chǔ)上有效提高鋰離子電池的容量和循環(huán)性能。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下：
實(shí)施例一：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l1，其中l(wèi)1的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)1在電解液中含量為8wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l1的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例二：
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l2，其中l(wèi)2的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)2在電解液中含量為5wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l2的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例三：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l3，其中l(wèi)3的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)3在電解液中含量為3wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l3的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例四：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l4，其中l(wèi)4的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)4在電解液中含量為1wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l4的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例五：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l5，其中l(wèi)5的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)5在電解液中含量為2wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l5的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例六：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l6，其中l(wèi)6的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)6在電解液中含量為0.5wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l6的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例七：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l7，其中l(wèi)7的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)7在電解液中含量為0.7wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l7的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例八：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l8，其中l(wèi)8的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)8在電解液中含量為1wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l8的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例九：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l9，其中l(wèi)9的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)9在電解液中含量為0.3wt％。將添加本實(shí)施例添加劑l9的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例十：
本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于：
在本實(shí)施例中，電解液的基液為由溶劑和溶質(zhì)制成lipf6濃度為1m的混合液，其中溶劑由pc和dmc兩種溶劑組分按照體積比為1:1的比例配制而成，在本實(shí)施例基液中加入添加劑l1和l10的組合物，其中l(wèi)10的分子結(jié)構(gòu)為如下形式：
相對(duì)于電解液總質(zhì)量，其中l(wèi)1和l10的組合物在電解液中含量為0.2wt％，其中l(wèi)1與l10的質(zhì)量比為1:2。將添加本實(shí)施例添加劑l9的電解液應(yīng)用于鋰電池的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法：
分別以商品化ncm(111)為正極活性材料，與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑pvdf在nmp溶液中均勻混合，正極活性材料、乙炔黑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比分別為80:10:10，然后壓片在鋁箔上，制得正極，以金屬鋰為負(fù)極，采用玻璃纖維隔膜，分別應(yīng)用實(shí)施例一～十所制備的電解液，對(duì)比例采用基液為電解液，組裝成cr2032型紐扣鋰電池，在land-ct2001a充放電測(cè)試儀上4.7-2.5v區(qū)間內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1.電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比
通過表1可知，本發(fā)明上述實(shí)施例制備的電解液應(yīng)用于鋰電池，在1c充放50周，放電容量為121.9～156.8mah/g，中值電位為3.792～3.823vvs.li/li+，明顯由于對(duì)比例鋰電池。
本發(fā)明上述實(shí)施例采用新型鋰離子電池電解液添加劑體系，其分子結(jié)構(gòu)特征為兩端含有苯或芳香環(huán)衍生物，同時(shí)連接基團(tuán)中含有酰胺官能團(tuán)。上述實(shí)施例添加劑能同時(shí)實(shí)現(xiàn)正極界面穩(wěn)定和阻斷過渡金屬溶出-沉積行為，從而提高電池的循環(huán)性能。本發(fā)明上述實(shí)施例電解液體系，與現(xiàn)有的鋰離子電池符合很好，不需要更換薄膜、電極材料、外殼，在動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
上面本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明苯基-酰胺材料、其組合物及其作為電解液添加劑的應(yīng)用的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。