[發明專利]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用

在審

• 申請號: 201410166114.3
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103943883A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 邢麗丹;王再盛;劉其峰;李偉善
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/42
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松;張燕玲

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，本發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用。

背景技術

目前，近年來隨著便攜式電子設備的普及、電動工具和電動汽車的發展，作為新一代高能電源的鋰離子電池得到了廣泛的關注。目前，商業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。隨著科技的進步及市場的不斷發展，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。

目前發現的工作電壓高于4.5V的正極材料包括：(1)具有尖晶石結構的錳系氧化物，如LiMn_2-xLi_xO₄和LiMn_2-xM_xO₄等；(2)具有橄欖石結構的復合磷酸鹽：LiMPO₄(M＝Ni、Co)等；(3)具有反尖晶石結構的三元金屬酸鹽氧化物LiMVO₄(M＝Cu,Ni,Mn)等。由于反尖晶石結構的材料中，鋰離子的化學擴散系數低，因此可逆容量很低，沒有太多應用價值，而在LiCoPO₄中，鋰離子的脫嵌反應也非常困難，并且限于鈷元素的稀缺性，其應用價值也很小，相比之下，尖晶石結構的錳系氧化物及其衍生物具有更好的商業化前景。

但是，在提高正極材料電壓的同時，電池的充放電循環等電性能卻在下降，一方面原因是新開發的正極材料結構不夠穩定，另一方面則是電解液的匹配問題。常規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同時也會促使正極材料形貌改變、結構坍塌等惡性反應。因此必須開發一種能耐高電壓的電解液，進而實現鋰電池電性能的優良發揮，提高鋰電池循環壽命。通過在常規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濟的方法。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有技術的缺點與不足，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用。

本發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穩定性和使用壽命。

本發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。

本發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用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

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用，所述的硼酸酯類化合物如式1所示，

其中，所述R₁、R₂和R₃為下述情形中的任意一種：自由氫、碳原子數1～20的烷基、碳原子數3～20的環烷基、碳原子數6～30的芳基、碳原子數6～30的芳烷基、部分氫或全部氫被氯或溴元素取代的碳原子數為1～6的直鏈烷基、部分氫或全部氫被氯或溴元素取代的含有三元碳環的烷基；

所述的硼酸酯類化合物優選為三苯基硼酸酯、硼酸三乙酯；

一種高電壓鋰離子電池電解液，是在普通電解液中添加相當于普通電解液質量0.1～5％的功能添加劑得到的；所述的普通電解液由環狀碳酸酯溶劑、線型碳酸酯溶劑和導電鋰鹽構成；所述的功能添加劑為硼酸酯類化合物；

所述的硼酸酯類化合物如式1所示，

其中，所述R₁、R₂和R₃為下述情形中的任意一種：自由氫、碳原子數1～20的烷基、碳原子數3～20的環烷基、碳原子數6～30的芳基、碳原子數6～30的芳烷基、部分氫或全部氫被氯或溴元素取代的碳原子數為1～6的直鏈烷基、部分氫或全部氫被氯或溴元素取代的含有三元碳環的烷基；

所述的硼酸酯類化合物優選為三苯基硼酸酯、硼酸三乙酯；

優選地，所述的功能添加劑的含量為普通電解液質量的1％～3％；

所述的環狀碳酸酯溶劑和線型碳酸酯溶劑的質量比優選為(1∶5)～(5∶1)，所述的導電鋰鹽在普通電解液中的終濃度優選為0.8～1.2mol/L；

所述的環狀碳酸酯溶劑優選為碳酸乙烯酯(EC)；

所述的線型碳酸酯溶劑優選為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的一種或至少兩種；