[发明专利]硼酸酯锂盐电解液及锂离子电池

说明书

本发明具体是涉及一种硼酸酯锂盐电解液及锂离子电池，电解液包括硼酸酯锂盐、锂盐、非水有机溶和添加剂，硼酸酯锂盐的结构通式为：其中，R₁、R₂为直链烷基‑C_n。该硼酸酯锂盐热稳定性较好，对水分不敏感，在电解液中可部分取代六氟磷酸锂，降低因六氟磷酸锂水解及热分解而导致的电池内部副反应的发生，进而降低电池因水分而导致的容量衰减，无需用到除水剂，降低了成本。该硼酸酯锂盐结构中含有大量氟、磺酰等电子离域性较强的基团，故该硼酸酯锂盐电解液的电导率较高，结构中引入环状碳酸酯及硼酸酯结构，在电极表面形成稳定电解质膜，该膜的离子导通性较好，提升电池高温性能的同时极大降低电池的内阻。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，特别是涉及一种硼酸酯锂盐电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、电压高、安全性好、自放电率低、清洁无污染等显著特点，因而被广泛研究及应用。锂离子电池主要应用于电动汽车、储能、消费电子、军工、航空航天、医疗电子等领域，这就要求其需具备好的循环性能及安全性能。目前锂离子电池技术正不断进步，且在一些方面已经取得重大突破，但是锂离子电池的某些方面的性能还有待提高。

锂离子电池有圆柱形、方形、软包等封装形式，但无论哪种形式的锂离子电池，都是由正极、负极、隔膜、电解液四大核心材料组成。其中电解液是锂离子电池材料中相当关键且技术含量较高的材料之一。商业化的锂离子电池电解液主要由碳酸酯、羧酸酯等非水有机溶剂和六氟磷酸锂为主的锂盐，以及各种功能性添加剂等组成。六氟磷酸锂对水分非常敏感，在痕量水存在的情况下会水解生成氢氟酸，腐蚀集流体，还会使正极材料中的过渡金属元素溶出，进一步催化电解液分解，造成电池容量的快速衰减；而且六氟磷酸锂的热稳定性较差，会在60℃左右分解，产生五氟化磷气体，使电池胀气，影响电解液的化学性质和电化学性质，从而使电池性能迅速劣化。

针对上述问题，一般的解决方案有以下几种：第一，使用电解液添成膜添加剂，在正极表面形成固体电解质膜，避免高温下正极材料材料的溶出以及隔绝正极材料和电解液的直接接触，避免正极中过渡金属元素对溶出对电解液的催化分解；但使用电解液添加剂会使电池的内阻增大，增加电池的极化，降低电池的循环性能，还会增加电池的制造成本。第二，可以通过使用除水手段，减少电解液的含水量，从而减少六氟磷酸锂的水解，从而降低水分对电池性能的影响。但这种方法会用到除水剂，而且电解液专用除水剂的价格高昂，同时除水过程难免会使电解液引入新的杂质。第三，使用双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂等热稳定高、对水分不敏感的新型锂盐来替代六氟磷酸锂。因此这些新型锂盐合成工艺还不成熟，导致新型锂盐的纯度不够而且价格颇高，其中有些锂盐还会腐蚀铝箔。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种成本较低、提高电池的高温性能、降低电池内阻且能降低水分对电池容量的损害的硼酸酯锂盐电解液及锂离子电池。

为了实现上述目的，在本发明的第一个方面，提供一种硼酸酯锂盐电解液，所述电解液包括硼酸酯锂盐、锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述硼酸酯锂盐的结构通式为：

其中，R₁、R₂为直链烷基-C_n，所述直链烷基-C_n上的一个或者多个氢原子被以下取代基所取代生成所述硼酸酯锂盐，所述取代基为：氟、三氟甲基、三氟甲氧基、氰基、氟磺酰基、氟磺酸基、三氟甲磺酰基、三氟甲磺酸基、氟(磺酰亚胺锂基)磺酰基、氟(磺酰亚胺锂基)磺酸基、三氟甲基(磺酰亚胺锂基)磺酰基、三氟甲基(磺酰亚胺锂基)磺酸基、磺酸锂基、苯基、氟代苯基、三甲基硅基、三氟甲基硅基、氟代环三磷腈基、异氰酸酯基。

进一步的，所述硼酸酯锂盐占所述电解液重量的百分比为0.01％～20％。

进一步的，所述直链烷基-C_n中n为1～6的整数。