[发明专利]一种含硼酸三丙酯添加剂的电解液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种含硼酸三丙酯添加剂的电解液及其制备方法与应用。

背景技术

在现有商业化二次电池中，锂离子电池的比能量最高、循环性能最好，而且因其电极材料选择的多样性，作为储能电池具有广阔的发展前景。目前，商业用锂离子电池的正极材料主要有锰酸锂、钴酸锂、三元材料、磷酸亚铁锂几种，其充电截止电压一般不超过4.2V。随着科技的进步及市场的不断发展，提升锂电池的能量密度日益显得重要而迫切。因此提升锂离子电池的使用电压从而提高电池的能量密度是目前研究的重点。

目前发现的5V正极材料包括：(1)具有尖晶石结构的锰系氧化物，如LiMn_2-xLi_xO₄和LiMn_2-xM_xO₄等；(2)具有橄榄石结构的复合磷酸盐：LiMPO4(M＝Ni、Co)等；(3)具有反尖晶石结构的三元金属酸盐氧化物LiMVO₄(M＝Cu,Ni,Mn)等。(4)具有层状结构的三元金属酸盐氧化物xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0＜x＜1,M＝Mn、Co、Ni)等。由于层状结构的三元金属酸盐氧化物xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0＜x＜1,M＝Mn、Co、Ni)的理论容量可超过250mAh·g^-1,将成为下一代锂离子电池的重要候选正极材料之一。

但是，在提高正极材料电压的同时，电池的充放电循环等电性能却在下降，一方面原因是层状富锂材料结构不够稳定，另一方面则是电解液的匹配问题。常规的商用电解液在5V高电位下容易在电池正极表面氧化分解的，电解液自身的氧化分解反应同时也会促使正极材料形貌改变、结构坍塌等恶性反应。因此必须开发一种能耐5V高电压的电解液，进而实现锂电池电性能的优良发挥，提高锂电池循环寿命。通过在常规的锂离子电池电解液中加入少量的电解液添加剂是提高锂离子电池性能的最方便最经济的方法。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种含硼酸三丙酯添加剂的电解液。该电解液通过添加硼酸三丙酯，在应用于锂离子电池时，优化了正极/电解液界面，降低正极的表面活性，抑制电解液的氧化分解，能提高高电压(4.8V)富锂为正极材料的锂电池的循环和倍率性能。

本发明的另一目的在于提供一种上述含硼酸三丙酯添加剂的电解液的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种上述含硼酸三丙酯添加剂的电解液在锂离子电池中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种含硼酸三丙酯添加剂的电解液，所述电解液包括导电锂盐、有机溶剂和硼酸三丙酯添加剂，所述的硼酸三丙酯添加剂具有式(1)所示的结构式：

优选地，所述的导电锂盐选自六氟硼酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、三氟甲基磺酸锂(LiSO₃CF₃)、高氯酸锂(LiClO₄)、六氟砷酸锂(LiAsF₆)以及双三氟甲基磺酰亚胺锂(Li(CF₃SO₂)₂N)中的一种或两种以上。

优选地，所述的有机溶剂由环状碳酸酯溶剂和线型碳酸酯溶剂组成；环状碳酸酯溶剂与线型碳酸酯溶剂的质量比为1:(1～3)。

所述的环状碳酸酯溶剂优选为碳酸乙烯酯(EC)；所述的线型碳酸酯溶剂优选碳酸二甲酯(DMC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的一种或两种以上。

优选地，所述导电锂盐在电解液中的浓度为1.0mol/L。

优选地，所述硼酸三丙酯添加剂的含量为电解液总重量的1％～3％。

上述含硼酸三丙酯添加剂的电解液的制备方法，包括如下步骤：

(1)将有机溶剂纯化除杂、除水；

(2)在室温条件下，将导电锂盐加入步骤(1)所得到的溶剂中，得到普通电解液；

(3)在步骤(2)得到的普通电解液中加入硼酸三丙酯添加剂，得到所述电解液。