[發(fā)明專利]一種含二氟草酸硼酸鋰添加劑的高壓功能電解液及其制備與應用

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• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105742703A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 邢麗丹;王再盛;李健輝;許夢清;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;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，特別涉及一種含二氟草酸硼酸鋰添加劑的高壓功能電解液及其制備方法與應用。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度大、工作電壓高以及循環(huán)壽命長等的優(yōu)點。當前商業(yè)用鋰離子電池的正極材料有錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料這幾種，充電截止電壓一般都不超過4.2V，隨著科技的進步及市場的不斷發(fā)展，提升鋰電池的能量密度日益顯得重要和迫切。除了現(xiàn)有材料和電池生產(chǎn)工藝的改進之外，高電壓(>4.5V)正極材料是比較熱門的研究方向之一，主要是通過提升正極活性材料的充電深度來實現(xiàn)電池的高能量密度。

隨著科技的進步，電子產(chǎn)品、電動汽車、醫(yī)療設備和航天航空等領域對儲能設備的要求日益提高，能量密度高、體積小、循環(huán)壽命長的鋰離子電池得到廣泛應用。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。

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，一方面原因是鈷酸鋰材料結構不夠穩(wěn)定和電解液的匹配問題，另一方面是過渡金屬離子會沉積到負極并破壞負極顆粒。常規(guī)的商用電解液在高電壓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(fā)一種能耐(>4.2V)的高電壓的電解液，進而實現(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)濟的方法。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種含二氟草酸硼酸鋰添加劑的高壓功能電解液。該電解液通過添加功能添加劑二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)，在應用于鋰離子電池時，能降低正極材料的表面活性，抑制電解液的氧化分解，保護正極材料顆粒不遭受破壞，抑制過渡金屬離子的溶出，同時能夠在負極表面還原保護負極顆粒，可以提高高電壓鋰離子電池在常溫下的循環(huán)性能。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。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述的含二氟草酸硼酸鋰添加劑的高壓功能電解液的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供所述的含二氟草酸硼酸鋰添加劑的高壓功能電解液的應用。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種含二氟草酸硼酸鋰添加劑的高壓功能電解液，該電解液是在普通電解液中添加功能添加劑制得的；所述的普通電解液由環(huán)狀碳酸酯溶劑、線性碳酸酯溶劑和導電鋰鹽構成；所述的功能添加劑為二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)。

所述的高壓是指充電截止電壓大于4.2V的高電壓；

所述的功能添加劑的添加優(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，所以本發(fā)明能提高高電壓(>4.2V)鈷酸鋰材料為正極材料的鋰電池的循環(huán)。

所述的功能添加劑的含量為普通電解液質量的0.5～10％；優(yōu)選為1％～4％。

作為優(yōu)選，所述的普通電解液的溶劑配比所示：環(huán)狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑的質量比為(1:3)～(3:2)；

所述的導電鋰鹽在普通電解液中的終濃度為0.8～1.2mol/L；

所述的環(huán)狀碳酸酯溶劑優(yōu)選為碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯(PC)；

所述的線性碳酸酯溶劑包括碳酸二甲酯(DMC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的至少一種；

所述的導電鋰鹽選自六氟磷酸鋰(LiPF₆)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)、二草酸硼酸鋰(LiBOB)、三氟甲基磺酸鋰(LiSO₃CF₃)、高氯酸鋰(LiClO₄)、六氟砷酸鋰(LiAsF₆)、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(Li(CF₃SO₂)₂N)和LiC(CF₃SO₂)₃中的至少一種；

所述的含二氟草酸硼酸鋰添加劑的高壓功能電解液的制備方法，包括如下步驟：

(1)將環(huán)狀碳酸酯溶劑和線性碳酸酯溶劑混合，純化除雜、除水；

(2)在室溫條件下，將導電鋰鹽加入步驟(1)所得到的溶劑中，得到普通電解液；