[发明专利]一种防过充电解液及含有该电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种防过充电解液及含有该电解液的锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，所述防过充电解液包括防过充添加剂；所述防过充添加剂由三苯氧基环三硼氧烷及其衍生物中的至少一种组成，其结构式为：本发明采用三苯氧基环三硼氧烷或其衍生物作为防过充添加剂，将其添加到电解液中，在4.5V以上较高电压处才发生聚合反应，适用于高电压材料体系的锂离子电池，且对锂离子电池的循环性能和阻抗等电化学性能影响较小，具有很好的防过充性能，提高锂电池尤其是高电压材料体系锂电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种防过充电解液及含有该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、自放电率低、使用温度范围宽广、循环寿命长、无记忆效应等显著优点，被广泛应用于3C数码、新能源汽车、储能电站以及航空航天等领域。电解液是锂离子电池必不可少的重要组成部分，对其容量、内阻、循环、倍率、安全性等各项性能都有重要影响，然而对于新能源汽车动力电池和大型储能系统电池而言，只有当大量锂离子电池单体通过串并联成组后才能到达额定的工作电压和容量。由于不同单体电芯电压、容量等初始电化学性能以及在循环充放电使用过程中电化学性能衰减速率的不同，会使得部分衰减较快的电池单体存在过充电的风险，由于过充条件下正极电极材料结构更不稳定，负极表面更容易析锂且电极材料与电解液的副反应也更加剧烈，从而也会导致燃烧、起火甚至爆炸等安全事故。

为了解决锂离子电池应用过程中由于过充导致的安全隐患，目前研究较多的保护方法包括对正负极材料进行改性、使用电池过充响应保护装置以及在电解液中加入防过充添加剂等措施，其中添加防过充添加剂被认为是更简便易行和切实有效的重要改善方法。例如中国专利CN 102655241A公开了一种保护锂电池过充和过放的电解液添加剂，选自叔丁基苯或叔戊基苯或它们的混合物；当电池正常充电时，该添加剂参与形成SEI膜，发挥了一般功能剂的效果，对电性能起到了提升的效果；当电池处于过充电状态时，该添加剂在电池内部发生电聚合反应.聚合产生的热量使隔膜提前闭合，进而增大电池内阻，使电池电压迅速上升，避开电解液的氧化，起到防过充的目的。中国专利CN 106972197A公开了一种防过充锂电池电解液，由锂盐、复合溶剂和添加剂组成；其中2',4’-二甲基-2,4-二氟联苯作为过充添加剂在锂电池过充时能够优先于电解液发生氧化分解，隔断电解液与电极表面的接触，提升安全性。中国专利CN 108428941A公开了一种用于高镍三元锂电池的防过充电解液，采用1-氟代芘和9,9-二丁基-笏为功能性添加剂，在过充条件下，电极电压升高，发生电聚合反应，产生导电的1氟代芘和9,9-二丁基-笏的共聚物，在正极表面沉积，由于聚合物特殊结构并未形成稳定的膜结构，而是随着时间推移向着隔膜和负极生长，形成短路回路，消耗多余电流，防止电极电压继续升高。

从现有技术来看，以上这些电聚合型添加剂如叔丁基苯、联苯、环己基苯，虽然可以有效抑制电池过充，但一方面大多数添加剂加入后会损害电池的循环性能，增加电池阻抗；另一方面很多添加剂在锂电池正常工作电压内就发生电聚合反应，往往限制了其在高电压材料体系如三元锂离子电池中的大规模使用。因此，亟需寻找一种过充保护添加剂，既能避免防过充添加剂损害电池循环性能和增加锂电池的阻抗，又能适用于解决高电压材料体系锂电池的安全性问题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种防过充电解液及含有该电解液的锂离子电池，是采用三苯氧基环三硼氧烷或其衍生物作为防过充添加剂，具有很好的防过充性能，在4.5V以上较高电压处才发生聚合反应。

本发明提出的一种防过充电解液，包括防过充添加剂；所述防过充添加剂由式(I)所示的三苯氧基环三硼氧烷及其衍生物中的至少一种组成；

其中，式(1)中的R₁～R₁₅分别选自氢基、卤素、氨基、硝基、氰基、C_1-20烷基、C_1-20烷氧基、C_5-26芳基或C_5-26杂芳基。