[发明专利]一种多功能高电压电解液及其在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种多功能高电压电解液及其在锂离子电池中的应用。添加了同时包含硼基(‑B‑)和腈基(‑C≡N)功能基团的硼腈类化合物功能添加剂的锂离子电池电解液，利用硼腈类化合物中硼基和腈基的协同作用，在锂离子电池首次充放电过程中在正极表面形成一层致密稳定的CEI膜，以提高正极和电解液之间的界面稳定性，避免电解液与正极活性物质的直接接触，同时抑制了电解液在高电压下的氧化分解，使得电解液具有高氧化电位，进而能匹配高电压正极材料，因此，利用包含硼腈类化合物功能添加剂的电解液可以获得在高电压(≥4.5V)下具有优异循环性能和倍率性能的锂离子电池。

技术领域

本发明涉及一种电解液，具体涉及一种含有硼腈类化合物功能添加剂的多功能高电压电解液，还涉及该多功能高电压电解液在锂离子电池中的应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着经济的发展和科技的进步，电子产品、电动汽车、医疗设备和航空航天等领域对储能器件的要求日益提高，锂离子电池由于具有能量密度大、工作电压高、体积小、循环寿命长等优点，得到了广泛应用。目前，商业用锂离子电池的正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料几种，其充电截止电压一般不超过4.2V。而提高充电截止电压是提高正极材料实际放电容量的一种十分有效的方法，也是实现更高能量密度锂离子电池的一种很有前景的策略。

但是，随着电压的提高，电池的电化学性能也会随之下降。主要是因为电解液在较高的工作电压下会持续分解，不断腐蚀正极，造成正极结构的破坏；除此之外，电解液的分解产物会在正极表面不均匀的沉积，增大了界面阻抗和电池极化。所以有效改善正极和电解液的界面问题成为目前研究的重点。

添加少量具有特定官能团的电解液添加剂是提高正极/电解质界面稳定性最经济、最直接的方法。在众多添加剂中，硼基添加剂和腈基添加剂是非常受欢迎的高电压电解液添加剂。硼基添加剂由于氧化电位比碳酸酯溶剂低，可以优先在正极表面氧化分解形成一层致密稳定的CEI膜，抑制正极表面的电解液分解，从而表现出优异的电化学性能。例如，专利CN 105633464 A公开了一种含硼酸三甲酯添加剂的高压功能电解液，该种添加剂优化了正极表面膜，减小正极和电解液之间的电阻，从而使得含有这种电解液添加剂的锂离子电池在3～4.5V下的循环性能得到改善。但进一步提高充电截止电压，正极结构的稳定性会遭到破坏，电池的使用寿命大幅缩短。腈基添加剂中的腈基(-C≡N)可以和正极中的过渡金属离子进行配位，有效抑制其溶解进入电解液中，减少了副反应的发生，提高了高电压下正极结构的稳定性。例如，专利CN 109473721 A提供了一种含有杂环腈类化合物的高电压电解液添加剂，该添加剂用于锂离子电池可以明显拓宽电化学窗口，但循环稳定性有待进一步提高。

综上所述，这些现有技术中常见的硼基添加剂或腈基添加剂具备的功能较为单一，不能很好解决锂离子电池在高电压下存在的多种问题，如果将硼基添加剂和腈基添加剂同时加入在改性效果上会互相受到抑制，而达不到协同改性的效果，对于提高锂离子电池在高电压下的循环稳定性作用有限。

因此，本领域急需开发一种多功能高电压电解液添加剂，这对进一步提高锂离子电池的能量密度具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的锂离子电池电解液存在的缺陷，导致锂离子电池在高电压下存在放电比容量低、循环性能差以及能量密度低等技术问题，本发明的第一个目的是在于提供一种包含硼腈类化合物功能添加剂的电解液，电解液中的硼腈类化合物功能添加剂能够在锂离子电池正极材料表面形成致密且稳定的CEI膜，提高正极与电解液之间界面的稳定性，有效抑制电解液的氧化分解，减少电解液对正极材料的溶解腐蚀。

本发明的第二个目的是在于提供一种多功能高电压电解液在锂离子电池中的应用，采用该电解液的锂离子电池在高电压(≥4.5V)下具有良好的循环性能和倍率性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多功能高电压电解液，其包含硼腈类化合物功能添加剂；

所述硼腈类化合物具有式I所示结构：