硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，本發(fā)明具體涉及一種硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用。所述的硼酸酯類化合物，具有如式1所示的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了一種高電壓鋰離子電池電解液，是在普通電解液添加相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量0.1～5％的功能添加劑得到的；所述的普通電解液由環(huán)狀碳酸酯溶劑、線型碳酸酯溶劑和導(dǎo)電鋰鹽構(gòu)成；所述的功能添加劑為上述硼酸酯類化合物。該添加劑的添加一方面優(yōu)化了正極/電解液界面，降低正極的表面活性，抑制電解液的氧化分解；另一方面，由于硼元素的引入，電解液的安全性也明顯提高。該高電壓鋰離子電池電解液能提高高電壓(3～4.9Vvs.Li/Li+)鋰電池的安全性能和循環(huán)性能。
【專利說明】硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，本發(fā)明具體涉及一種硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，近年來隨著便攜式電子設(shè)備的普及、電動工具和電動汽車的發(fā)展，作為新一代高能電源的鋰離子電池得到了廣泛的關(guān)注。目前，商業(yè)用鋰離子電池的正極材料主要有錳酸鋰、鈷酸鋰、三元材料、磷酸亞鐵鋰幾種，其充電截止電壓一般不超過4.2V。隨著科技的進(jìn)步及市場的不斷發(fā)展，提升鋰電池的能量密度日益顯得重要而迫切。因此提升鋰離子電池的使用電壓從而提高電池的能量密度是目前研究的重點。
[0003]目前發(fā)現(xiàn)的工作電壓高于4.5V的正極材料包括:(I)具有尖晶石結(jié)構(gòu)的錳系氧化物，如LiMn2_xLix04和LiMn2_xMx04等；⑵具有橄欖石結(jié)構(gòu)的復(fù)合磷酸鹽=LiMPO4 (M = N1、Co)等；(3)具有反尖晶石結(jié)構(gòu)的三元金屬酸鹽氧化物L(fēng)iMVO4 (M = Cu, Ni, Mn)等。由于反尖晶石結(jié)構(gòu)的材料中，鋰離子的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)低，因此可逆容量很低，沒有太多應(yīng)用價值，而在LiCoPO4中，鋰離子的脫嵌反應(yīng)也非常困難，并且限于鈷元素的稀缺性，其應(yīng)用價值也很小，相比之下，尖晶石結(jié)構(gòu)的錳系氧化物及其衍生物具有更好的商業(yè)化前景。
[0004]但是，在提高正極材料電壓的同時，電池的充放電循環(huán)等電性能卻在下降，一方面原因是新開發(fā)的正極材料結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，另一方面則是電解液的匹配問題。常規(guī)的商用電解液在電壓高于4.5V電位下容易在電池正極表面氧化分解的，電解液自身的氧化分解反應(yīng)同時也會促使正極材料形貌改變、結(jié)構(gòu)坍塌等惡性反應(yīng)。因此必須開發(fā)一種能耐高電壓的電解液，進(jìn)而實現(xiàn)鋰電池電性能的優(yōu)良發(fā)揮，提高鋰電池循環(huán)壽命。通過在常規(guī)的鋰離子電池電解液中加入少量的電解液添加劑是提高鋰離子電池性能的最方便最經(jīng)濟(jì)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種高電壓鋰離子電池電解液，該電解液含有上述硼酸酯類化合物；該電解液能顯著提高鋰離子電池高電壓條件下的循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命。
[0007]本發(fā)明的再一目的在于提供上述高電壓鋰離子電池電解液的制備方法。
[0008]本發(fā)明的第四個目的是在于提供上述高電壓鋰離子電池電解液的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0010]硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用，所述的硼酸酯類化合物如式I所示，
[0011]
【權(quán)利要求】
1.硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用，其特征在于:所述的硼酸酯類化合物如式I所示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼酸酯類化合物作為高電壓鋰離子電池電解液添加劑的應(yīng)用，其特征在于: 所述的硼酸酯類化合物為三苯基硼酸酯、硼酸三乙酯。
3.一種高電壓鋰離子電池電解液，其特征在于:所述的高電壓鋰離子電池電解液是在普通電解液中添加相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量0.1~5%的功能添加劑得到的；所述的普通電解液由環(huán)狀碳酸酯溶劑、線型碳酸酯溶劑和導(dǎo)電鋰鹽構(gòu)成；所述的功能添加劑為權(quán)利要求1所述的硼酸酯類化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高電壓鋰離子電池電解液，其特征在于: 所述的硼酸酯類化合物為三苯基硼酸酯、硼酸三乙酯； 所述的功能添加劑的含量為普通電解液質(zhì)量的1%~3% ； 所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑和線型碳酸酯溶劑的質(zhì)量比為(1: 5)~(5:1)，所述的導(dǎo)電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8~1.2mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高電壓鋰離子電池電解液，其特征在于: 所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯； 所述的線型碳酸酯溶劑為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸甲丙酯中的一種或至少兩種； 所述的導(dǎo)電鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或至少兩種。
6.權(quán)利要求3~5任一項所述的高電壓鋰離子電池電解液的制備方法，其特征在于包含如下步驟: (1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑和線型碳酸酯溶劑混合，純化除雜、除水，得到混合溶劑； (2)將導(dǎo)電鋰鹽加入步驟(1)所得到的混合溶劑中，得到普通電解液； (3)在步驟(2)制備得到的普通電解液中加入相當(dāng)于普通電解液質(zhì)量0.1~5%的功能添加劑；得到高電壓鋰離子電池電解液； 步驟(3)中所述的功能添加劑為權(quán)利要求1所述的硼酸酯類化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高電壓鋰離子電池電解液的制備方法，其特征在于:所述的硼酸酯類化合物為三苯基硼酸酯、硼酸三乙酯； 步驟(1)中所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑和所述的線型碳酸酯溶劑的質(zhì)量比為(1: 5)~(5:1); 步驟(1)中所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯； 步驟(1)中所述的線型碳酸酯溶劑為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸甲丙酯中的一種或至少兩種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高電壓鋰離子電池電解液的制備方法，其特征在于: 步驟(2)中所述的導(dǎo)電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8~1.2mol/L ； 步驟(2)中所述的導(dǎo)電鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或至少兩種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高電壓鋰離子電池電解液的制備方法，其特征在于: 步驟(1)中所述的純化除雜、除水通過分子篩、活性炭、氫化鈣、氫化鋰、無水氧化鈣、氯化鈣、五氧化二磷、堿金屬或堿土金屬中的任意一種或至少兩種進(jìn)行處理； 步驟(3)中所述的功能添加劑的含量為普通電解液質(zhì)量的1%~3%。
10.權(quán)利要求3~5 任一項所述的高電壓鋰離子電池電解液在制造鋰離子電池中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01M10/42GK103943883SQ201410166114
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】邢麗丹, 王再盛, 劉其峰, 李偉善 申請人:華南師范大學(xué)