一種硼烷電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硼烷電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池，電解液主要包括：有機(jī)溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯溶劑、芳香烴溶劑和線性溶劑的一種以上組成，導(dǎo)電鋰鹽在有機(jī)溶劑中的濃度為0.8-1.5mol/L，添加劑的用量為有機(jī)溶劑重量的0.1-10.0%，添加劑為硼烷類化合物。電解液中添加了上述添加劑后能夠在電池的電極表面優(yōu)先于電解液發(fā)生反應(yīng)形成界面膜，改善電極/電解液界面性質(zhì)，抑制電解液在電極材料表面的氧化或者還原分解，提高電解液與電極的兼容性，并且能夠減少過渡金屬?gòu)恼龢O上的溶出，抑制過渡金屬在負(fù)極上的沉積和還原，保護(hù)電極材料。
【專利說(shuō)明】一種硼烷電解液及其制備方法以及一種鋰離子電池 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種硼烷電解液及其制備方法，和采 用該電解液制備的一種鋰離子電池。 【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池因其比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)已成功應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和筆 記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品中。但是，隨著電子產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步和人們對(duì)動(dòng)力電池的關(guān)注， 對(duì)鋰離子電池的性能提出越來(lái)越高的要求。近年來(lái)，高工作電壓（大于4.2V)鋰離子電池 的開發(fā)受到了廣泛研究者的關(guān)注。然而，鋰離子電池在高工作電壓下，有機(jī)電解液容易發(fā)生 氧化分解，而在含鎳的正極材料上，電解液的氧化行為會(huì)進(jìn)一步加劇，由此造成電池循環(huán)壽 命的衰減。同時(shí)，過渡金屬的溶出和在負(fù)極上的沉積也會(huì)惡化電池性能。
[0003] 鋰離子電池電解液是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一。目前常用的電解液是將導(dǎo)電 鋰鹽1^?^溶解在有機(jī)碳酸酯中。研究者在開發(fā)鋰離子電池電解液時(shí)發(fā)現(xiàn)，在有機(jī)電解液 中添加少量的某些物質(zhì)，就能顯著改善電池的某些性能如電解液的電導(dǎo)率、電池的循環(huán)效 率和可逆容量等，這些少量物質(zhì)稱之為添加劑。添加劑具有"用量小、見效快"的特點(diǎn)，在 基本不增加電池成本的基礎(chǔ)上，就能顯著改善電池的某些性能，而且操作簡(jiǎn)單，添加劑可直 接加入到基本電解液中。因此，電解液添加劑是近年來(lái)改善鋰離子電池性能方法的一個(gè)重 要研究方向。目前人們?cè)陂_發(fā)與高電壓鋰離子電池相匹配的電解液時(shí)也主要采用添加劑 的方法。如LiBOB、噻吩、聯(lián)苯和腈類有機(jī)物等。這些物質(zhì)主要是通過改善電極/電解液界 面性質(zhì)，抑制電解液的分解、降低界面阻抗，提高鋰離子電池的性能。另外，有機(jī)電解液的 導(dǎo)電鋰鹽LiPF6的熱穩(wěn)定性較差，在受熱（?60°C )條件下容易分解產(chǎn)生路易斯酸？匕，會(huì) 進(jìn)一步與溶劑發(fā)生反應(yīng)，惡化電池性能。同時(shí)，鋰離子電池電解液在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中，無(wú) 法避免引入微量水分和雜質(zhì)，而導(dǎo)電鋰鹽LiPF6對(duì)水敏感，容易與之發(fā)生反應(yīng)，影響電池的 循環(huán)性能。研究者通過在電解液中加入穩(wěn)定劑來(lái)抑制電解液的分解，如G. Schroeder等人 (Electrochem. Commun. 8 (2006) 523)發(fā)現(xiàn)，在電解液中加入三（2，2, 2-三氟乙基）亞磷酸酯 (TTFP)能夠捕獲路易斯酸PF5，提高電解液的穩(wěn)定性。
[0004] 鋰離子電池電解液的開發(fā)需要滿足多種要求，如循環(huán)壽命、放電容量、充放電效 率、高溫儲(chǔ)存和循環(huán)、低溫放電等。目前商用電解液為了達(dá)到各種要求，需要加入多組分添 加劑來(lái)改善。然而，復(fù)雜的電解液組分一方面增加了生產(chǎn)成本，另一方面也增加了電解液應(yīng) 用的不確定性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的首要目的在于提供一種硼烷電解液及其制備方法，所制備的硼烷電解液 在正極表面優(yōu)先發(fā)生氧化形成界面膜，抑制有機(jī)碳酸酯在電極上的氧化，降低電極/電解 液界面阻抗。同時(shí)添加劑的加入能夠穩(wěn)定電解液，有利于提高鋰離子電池的循環(huán)壽命、高 溫、高電壓性能和抑制電池的氣脹。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述硼烷電解液制備的一種鋰離子電池。
[0007] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] 一種硼烷電解液，包括有機(jī)溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，其中：所述有機(jī)溶劑選為環(huán) 狀碳酸酯和線型碳酸酯的一種以上，所述添加劑結(jié)構(gòu)式如下：
[0009]
【權(quán)利要求】
1. 一種硼烷電解液，包括有機(jī)溶劑、導(dǎo)電鋰鹽和添加劑，其中：所述有機(jī)溶劑選為環(huán)狀 碳酸酯和線型碳酸酯的一種以上，所述添加劑結(jié)構(gòu)式如下：
RrR4為氫、鹵素、&-(；的烷基及其鹵代烷基、&-(；的烯基、烷氧基、羧基、苯環(huán)、鹵代苯 官能團(tuán)的任一種，η為0至5的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼烷電解液，其中：所述導(dǎo)電鋰鹽在有機(jī)溶劑中的濃度為 0. 8-1. 5mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼烷電解液，其中：所述添加劑的用量為有機(jī)溶劑重量的 0. 1-10. 0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼烷電解液，其中：所述有機(jī)溶劑中的環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙 烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、丁內(nèi)酯和戊內(nèi)酯中的一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼烷電解液，其中：所述有機(jī)溶劑中的線型碳酸酯為碳酸二 甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，乙酸乙酯、碳酸甲丙酯中的一種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼烷電解液，其中：所述導(dǎo)電鋰鹽為L(zhǎng)iPF6、LiBF4、LiS0 3CF3、 Li (CF3S02) 2N、LiC (CF3S02) 3 中的一種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼烷電解液，其中：所述添加劑為三（二甲基氨基）硼烷、雙 (二甲氨基）硼烷溴、二氯（二異丙基氨基）硼烷中的一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼烷電解液，其中：所述電解液還包含常用添加劑，所述常 用添加劑為碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、丙磺酸內(nèi)酯、丁磺酸內(nèi)酯、己二腈、丁二腈、 LiBOB、LiODFB中的一種以上，所述的常用添加劑占硼烷電解液總質(zhì)量的0. 1-5. 0%。
9. 一種電解液制備方法： (1)將有機(jī)溶劑按比例混合后用5 A分子篩、氫化鈣、氫化鋰純化除雜、除水； (2)在室溫條件下，將導(dǎo)電鋰鹽溶解在上述有機(jī)溶劑中，并攪拌均勻； (3)加入常用添加劑，并攪拌均勻； (4)加入添加劑，制得權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的硼烷電解液。
10. 一種鋰離子電池，包括正極活性材料、負(fù)極活性材料、隔膜和權(quán)利要求1-9任一項(xiàng) 所述的硼烷電解液，其中：正極活性材料為一種含鋰過渡金屬氧化物，正極活性材料為以下 物質(zhì)的一種以上：LiCo02、LiNi02、LiMn02、LiMn 204、Li (NiaCobMnc) 02 (0〈a〈l，0〈b〈l，0〈c〈l， a+b+c = 1)、LiNihyCoy02、LiCOl_ yMny02、LiNh_yMny0 2(0 ( y〈l)、Li (NiaCobMnc) 04 (0〈a〈2， 0〈b〈2，0〈c〈2，a+b+c = 2)、LiMn2_zNiz04、LiMn 2_zCoz04(0〈z〈2)、LiMx(P0 4)y (M 為 Ni、Co、Mn、 Fe、Ti、V，0 彡 x 彡 5，0 彡 y 彡 5)； 負(fù)極活性材料為可嵌入/脫出鋰離子的碳材料、鋰金屬、硅或錫及其氧化物中的一種 以上；隔膜為自織布、無(wú)紡布、合成樹脂微多孔膜的任一種。
【文檔編號(hào)】H01M10/0525GK104051785SQ201410287081
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】仰永軍, 李斌, 陳衛(wèi) 申請(qǐng)人:東莞市凱欣電池材料有限公司