一种含氟硼元素物质的多功能锂电池添加剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种含氟和硼元素物质的多功能锂电池添加剂及其应用，所述多功能锂电池添加剂包括：氟硼化物B

A multifunctional lithium battery additive containing fluorine and boron elements and its application

【技术实现步骤摘要】
一种含氟硼元素物质的多功能锂电池添加剂及其应用


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种含氟和硼元素物质的多功能锂电池添加剂及其应用。

技术介绍

[0002]锂电池在目前所有商用电池中具有最高的能量密度，广泛应用于消费电子、电动汽车、规模储能、医疗电子、无人机等领域。近年来，各行业的发展对电池寿命、能量密度、倍率性能和安全性都提出了更高的要求。
[0003]锂电池中电解质有着至关重要的作用，是电池中离子传输的载体，是锂离子电池获得高安全、高电压、高倍率、高比能、低成本等优点的保证。但传统非水液体电解质、固态电解质难以同时实现构筑良好的固态电解质界面(SEI)，稳定性高、离子电导率高，浸润性好等性能，因此使用电解质添加剂被认为是辅助提升电解质综合性能最可行，最经济和有效的方法。
[0004]为了提升电池循环寿命，黄令等人开发了一种高分子聚合物作为电解液添加剂添加到酯类电解液中，避免持续副反应的发生，使锂沉积地更加均匀，减缓了锂枝晶的生成，实现以锂金属为负极电池长期稳定的循环。赖定坤等人开发了一种双吡啶磺酰盐作为非水锂离子电池的电解液添加剂。这种添加剂作用于负极，可以形成性能更稳定的SEI膜，同时抑制电解液有机溶剂在电极上的分解，有效的保护了电极材料，因此提高了电池的循环性能以及高温性能。为了提升电池的倍率性能和功率密度，万广聪等人开发了一种环碳酸硫酸乙烯酯作为电解液添加剂。这种添加剂具有多碳酸酯结构，因此形成的SEI结构较碳酸亚乙烯酯(VC)更加均匀且阻抗更小，可以有效降低电池的直流内阻，提升电池在大电流条件下的工作性能。
[0005]虽然上述研究思路可以在某些特定条件下提升锂电池的部分性能，但都不能综合提升电池的能量效率、循环寿命和倍率性能，且部分添加剂价格昂贵。因此，需要不断探寻和研究，开发能够综合提升电池性能的、廉价、可适用于规模生产的电解液添加剂。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了一种含氟和硼元素物质的多功能锂电池添加剂及其应用，本专利技术的多功能锂电池添加剂可以有效地提高锂电池的循环寿命、功率密度、倍率性能和能量效率。
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种含氟元素和硼元素的多功能锂电池添加剂，所述多功能锂电池添加剂包括：氟硼化物B
a
F
b
或BF
c
X
d
、所述氟硼化物的络合物、氟硼酸HBF4、无机氟硼酸盐M
n
(BF4)
m
、有机氟硼酸盐R
‑
BF3M、多氟芳烃硼化物F
‑
R
‑
BH
y
、氟代有机硼烷R
‑
BF3、氟硼酸硝BF4NO或BF4NO2中的一种或几种；
[0008]其中，X包括Cl、Br、I中的一种或几种元素；M包括铝、铜、铅、锡、镍、锌、镉、铍、镁、钙、锶、钡、铯、铷、锰、铁、钴、银、铟、铊中的一种或几种元素；R包括烃、醇、醚、酯、酮、羧酸、
酚中的一种或几种有机基团；0.5≤a≤2，1.5≤b≤3；0.5≤c≤3，0.5≤d≤3；0.2≤n≤5，0.2≤m≤8；0.5≤y≤3。
[0009]优选的，所述氟硼化物的络合物具体为所述氟硼化物与水、氨、氩、醇、羧酸、胺、腈、酯、醛、酮、醚、酚、砜中的任意一种的络合物。
[0010]进一步优选的，所述氟硼化物络合物具体包括：三氟化硼二水合物、三氟化硼甲醇、三氟化硼乙醇、三氟化硼乙酸、三氟化硼丙酸、三氟化硼磷酸、三氟化硼碳酸二甲酯、三氟化硼乙酸乙酯、三氟化硼乙酸丁酯、三氟化硼氯乙酸乙酯、三氟化硼乙腈、三氟化硼四氢呋喃、三氟化硼甲醚、三氟化硼乙醚、三氟化硼丁醚、三氟化硼环丁砜、三氟化硼单乙胺、三氟化硼乙胺、三氟化硼苄胺、三氟化硼苯酚、酚醛树脂三氟化硼苯酚、三氟化硼二甲醚中的一种或几种。
[0011]优选的，所述无机氟硼酸盐包括：四氟硼酸铷、四氟硼酸铯、四氟硼酸铵、四氟硼酸铜、四氟硼酸锡、四氟硼酸锌、四氟硼酸镍、四氟硼酸铁、四氟硼酸钴、四氟硼酸锰、四氟硼酸银、四氟硼酸镉、四氟硼酸铝、四氟硼酸镁、四氟硼酸钙、四氟硼酸锶、四氟硼酸钡中的一种或几种；
[0012]所述有机氟硼酸盐包括有机三氟硼酸铯、有机三氟硼酸铷、有机三氟硼酸钾、有机三氟硼酸钠、有机三氟硼酸锂、有机三氟硼酸铵、有机三氟硼酸铜、有机三氟硼酸锡、有机三氟硼酸锌、有机三氟硼酸镍、有机三氟硼酸铁、有机三氟硼酸钴、有机三氟硼酸锰、有机三氟硼酸银、有机三氟硼酸镉、有机三氟硼酸铝、有机三氟硼酸镁、有机三氟硼酸钙、有机三氟硼酸锶、有机三氟硼酸钡中的一种或几种。
[0013]优选的，所述含氟元素和硼元素的多功能锂电池添加剂用于锂电池电解液中，所述多功能锂电池添加剂在所述电解液中的总浓度范围在0.0001mol/L
‑
1mol/L。
[0014]优选的，所述锂电池电解液还包括溶剂和盐；
[0015]其中，所述溶剂包括：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸二甲酯(DMS)、亚硫酸二乙酯(DES)、碳酸二丁酯(DBC)、碳酸二丁基酯(GBL)、碳酸甲丁酯(BMC)、碳酸二丙酯(DPC)、甲酯(PA)、亚硫酸丙烯酯(PS)、γ
‑
丁内酯(γ
‑
BL)、γ
‑
戊内酯(γ
‑
VL)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、乙烯砜(VS)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、焦碳酸二甲酯(DMPC)、二氧戊环(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)、二甲氧基甲烷(DMM)、乙二醇二乙醚(DEE)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)、3＇
‑
甲酰基
‑
4＇,6＇
‑
二羟基
‑
2＇
‑
甲氧基
‑
5＇
‑
甲基查尔酮(FMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸甲异丙酯(MiPC)、甲酸甲酯(MF)、甲酸乙酯(EF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丁酸乙酯(EB)、氟代苯(FB)、四氢呋喃(THF)、2
‑
甲基四氢呋喃(2Me
‑
THF)、四氢吡喃(THP)、二乙二醇二甲醚(DG)、乙腈(AN)、二甲亚砜(DMSO)、N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、环丁砜(SL)、二甲基砜(MSM)、甲乙基砜(EMS)、3，3，3
‑
三氟丙基甲基砜(FPMS)、1,3二氧五环(1,3
‑
DL)、4
‑
甲基
‑
1,3
‑
二氧戊环(4
‑
Me
‑
1,3
‑
DL)、2
‑
甲基
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氟和硼元素物质的多功能锂电池添加剂，其特征在于，所述多功能锂电池添加剂包括：氟硼化物B
a
F
b
或BF
c
X
d
、所述氟硼化物的络合物、氟硼酸HBF4、无机氟硼酸盐M
n
(BF4)
m
、有机氟硼酸盐R
‑
BF3M、多氟芳烃硼化物F
‑
R
‑
BH
y
、氟代有机硼烷R
‑
BF3、氟硼酸硝BF4NO或BF4NO2中的一种或几种；其中，X包括Cl、Br、I中的一种或几种元素；M包括铝、铜、铅、锡、镍、锌、镉、铍、镁、钙、锶、钡、铯、铷、锰、铁、钴、银、铟、铊中的一种或几种元素；R包括烃、醇、醚、酯、酮、羧酸、酚中的一种或几种有机基团；0.5≤a≤2，1.5≤b≤3；0.5≤c≤3，0.5≤d≤3；0.2≤n≤5，0.2≤m≤8；0.5≤y≤3。2.根据权利要求1所述的多功能锂电池添加剂，其特征在于，所述氟硼化物的络合物具体为所述氟硼化物与水、氨、氩、醇、羧酸、胺、腈、酯、醛、酮、醚、酚、砜中的任意一种的络合物。3.根据权利要求2所述的多功能锂电池添加剂，其特征在于，所述氟硼化物络合物具体包括：三氟化硼二水合物、三氟化硼甲醇、三氟化硼乙醇、三氟化硼乙酸、三氟化硼丙酸、三氟化硼磷酸、三氟化硼碳酸二甲酯、三氟化硼乙酸乙酯、三氟化硼乙酸丁酯、三氟化硼氯乙酸乙酯、三氟化硼乙腈、三氟化硼四氢呋喃、三氟化硼甲醚、三氟化硼乙醚、三氟化硼丁醚、三氟化硼环丁砜、三氟化硼单乙胺、三氟化硼乙胺、三氟化硼苄胺、三氟化硼苯酚、酚醛树脂三氟化硼苯酚、三氟化硼二甲醚中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的多功能锂电池添加剂，其特征在于，所述无机氟硼酸盐包括：四氟硼酸铷、四氟硼酸铯、四氟硼酸铵、四氟硼酸铜、四氟硼酸锡、四氟硼酸锌、四氟硼酸镍、四氟硼酸铁、四氟硼酸钴、四氟硼酸锰、四氟硼酸银、四氟硼酸镉、四氟硼酸铝、四氟硼酸镁、四氟硼酸钙、四氟硼酸锶、四氟硼酸钡中的一种或几种；所述有机氟硼酸盐包括有机三氟硼酸铯、有机三氟硼酸铷、有机三氟硼酸钾、有机三氟硼酸钠、有机三氟硼酸锂、有机三氟硼酸铵、有机三氟硼酸铜、有机三氟硼酸锡、有机三氟硼酸锌、有机三氟硼酸镍、有机三氟硼酸铁、有机三氟硼酸钴、有机三氟硼酸锰、有机三氟硼酸银、有机三氟硼酸镉、有机三氟硼酸铝、有机三氟硼酸镁、有机三氟硼酸钙、有机三氟硼酸锶、有机三氟硼酸钡中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的多功能锂电池添加剂，其特征在于，所述含氟元素和硼元素的多功能锂电池添加剂用于锂电池电解液中，所述多功能锂电池添加剂在所述电解液中的总浓度范围在0.0001mol/L
‑
1mol/L。6.根据权利要求5所述的多功能锂电池添加剂，其特征在于，所述锂电池电解液还包括溶剂和盐；其中，所述溶剂包括：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸二甲酯(DMS)、亚硫酸二乙酯(DES)、碳酸二丁酯(DBC)、碳酸二丁基酯(GBL)、碳酸甲丁酯(BMC)、碳酸二丙酯(DPC)、甲酯(PA)、亚硫酸丙烯酯(PS)、γ
‑
丁内酯(γ
‑
BL)、γ
‑
戊内酯(γ
‑
VL)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、乙烯砜(VS)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、焦碳酸二甲酯(DMPC)、二氧戊环(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)、二甲氧基甲烷(DMM)、乙二醇二乙醚(DEE)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)、3＇
‑
甲酰基
‑
4＇,6＇
‑
二羟基
‑
2＇
‑
甲氧基
‑
5＇
‑
甲基查尔酮(FMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸甲异丙酯(MiPC)、甲酸甲酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泓，李泉，薛巍然，禹习谦，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：