专利名称：用于电化学装置的电解液及其电化学装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于ー种用于电化学装置的电解液及其电化学装置，特别是关于ー种包含硼烷基系添加剂的用于电化学装置的电解液。
背景技术：
现今电子、信息、生医等设备及器材的尺寸越趋轻薄短小，因此其所对应使用的电池，也期望能具有体积小、及长时间使用能維持高储电量与高放电量等优点，而符合这些特质需求的锂离子电池(Lithium ion battery)遂逐步受到相关学界与业界的重视。锂离子电池的主要部件包含正极(该正极中所使用的正极材料，其制备过程常采用的原料包括有锂钴氧化物、锂镍氧化物，及锂锰氧化物等)、电解液、隔离膜，以及负扱。而锂离子电池的作用原理，简言之，是利用锂离子在正、负两电极之间，进行嵌入与嵌出的动作，而完成充放电的反应，且此充放电化学反应可归纳为如下所述的各化学反应式，其中M为Co、Ni，或Mn，且充电时反应方向朝右，放电时反应方向朝左正极反应LiM02< 、Li(I-X)MO2 + xLi+ + xe负极反应C6+xLi+ + xe <~> LixC6全反应LiMO2+ C6 <—~、Li(i.X)M02 + LixC6锂离子电池(Lithium ion battery)具有质量轻、高能量密度、循环特性佳,及高功率等优点，而被逐渐运用在电动工具、电动车等高功率的产品上。基于电动车对于动カ来源的电池所需的安全性与成本考虑，磷酸锂铁俨然成为锂离子电池正极材料的瞩目焦点。但是，磷酸锂铁正极材料在高温环境下性能衰退快速，造成其应用层面无法更加提升，这亦是各厂商皆极待解决的问题。专利United States Patent,US 6，352，798B1所掲示的是苯酚硼基系添加剂对于提升电解液导电性的作用。在DMC溶液中分别使用LiCF3COOLi,LiC2F5COOLi和LiF的锂盐，所添加的浓度与苯酚硼基系的化合物比例为I : 1，其后个别测量其电解液的导电性，可以发现当苯酚硼基系的化合物添加浓度越高，其电解液的导电性越好，不论是搭配何种的锂盐。显然，所有苯酚硼基系化合物的种类对于任ー锂盐皆有其相同的作用，即是增加锂盐的解离度而提升电解液的导电性。美国专利第2006/0210883A1号所掲示的是在电解液中加入不同重量百分比的硼氧基系添加剂对于锂离子电池阻抗的影响。在1.2M LiPF6EC/PC/DMC(l I 3)的电解液中分别加入0、1、3和5wt%的硼氧基基系添加剂，可以发现当添加量达到5wt%吋，以Li1+x[Ni1/3COl/3Mn1/3]Q.902搭配碳包覆的天然石墨(阳极)组成的电池，其界面阻抗明显增カロ，这是由于硼氧基基系添加剂參与SEI膜的形成，且在SEI膜形成的过程中促使LiF的溶解，改善锂离子在SEI膜间的传输。而在55°C循环测试亦可发现有添加硼氧基系添加剂的电池，在添加量<3wt%有较佳的循环寿命及最大放电功率。所以硼氧基基系添加剂在电解液中的使用，若添加量过高时会产生较高的界面阻抗，且电池的放电功率亦会減少。文献Journal of The Electrochemical Society, 153 (6) (2006) A1221-A1225 所掲示的是将三(五氟苯基)硼烧(Tris (pentaf luorophenyl)borane ；TPFPB)的添加剂应用于 1·2Μ LiPF6EC/PC/DMC(l I 3)的电解液中可，藉以改善 Li1+x[Ni1/3COl/3Mn1/3]Q.902 搭配碳包覆的天然石墨组成的电池的放电功率性能，由于TPFPB的添加剂可促使电解液中的电解质完全解离为阳离子与阴离子，以提高电解液的导电性；此外，亦可减少电解液中不利于锂离子与电子迁移的氟化锂的产生，由于氟化锂存在电解液中会减少电解液中的自由锂离子，所以对于电解液的导电性影响甚巨，故TPFPB的添加剂可提高电解质完全解离为阳离子与阴离子数。文献Electrochemical and Solid-State, 5 (11) (2002)A248-A251.所揭不的是在lMLiPF6EC/DMC (I I)的电解液中添加O. IM的TPFPB添加剤，使得LiPF6能完全的解离为Li+及PF6_，减少LiF与PF5_的形成，进而避免PF5_和电解液中微量的水分反应成HF，对LiMn2O4正极材料造成腐蚀的情形，以致于能有效地改善LiMn2O4正极材料在55°C下的电化学稳定性及循环特性。
文献Electrochemical and Solid-State Letters, 6 (2) (2003) A43-A46.所揭不的是在lMLiPF6EC/DMC(l I)的电解液中添加O. IM的TPFPB添加剂；经由化成的程序，在负极碳材(MCMB)表面形成SEI膜，而在含有TPFPB添加剂的电解液中，可以维持SEI膜在碳电极延长循环时的稳定。而TPFPB的添加剂可使得LiF完全溶解，所以在高温下SEI膜依然存在；且使得LiNia8tlCoai5Alatl5O2搭配MCMB的锂离子电池有较高的电容量与延长的循环特性。前述添加剂一般具有高的分子量，在有机电解液中的溶解度低，并且会与电解液中的阴离子结合形成大分子团，降低离子迁移速率，影响高速率充放电特性，本发明的添加剂具有较高的溶解度，而且对离子迁移速率影响较低。另外，TPFPB添加剂的价格高，本发明的添加剂具有较低的价格，并且对于正极材料高温环境下性能衰退能有明显的改善与良好的放电速率特性，因此本发明添加剂将对于锂离子电池在电动车的推广具有重要的帮助及能促进电动车相关产业发展。
发明内容
有鉴于此，本发明目的之ー即是在不增加工艺复杂度的情形下，有效改善锂离子电池在高温时的循环特性，其是使用ー种电化学稳定性高、添加量少且有利于改善锂离子电池在闻温循环性能的电解液添加剂来完成。为达上述目的，本发明提供ー种用于电化学装置的电解液，其包含9. 95 19.95重量％的电解质；80· O 90. O重量％的有机溶剂(非水系溶剤)；及O. 05 10. 00重量％的添加剤，其中所述添加剂包含如化学式(I)或(II)所示的化合物
权利要求
1.一种用于电化学装置的电解液，其包含 .9.95 19. 95重量％的电解质； .80. 0 90. 0重量％的非水系溶剂；及.0.05 10. 00重量％的添加剂，其中该添加剂包含如化学式(I)或(II)所示的化合物
2.如权利要求I所述的电解液，其中所述电解质的含量为11.0 12. 0重量％。
3.如权利要求I所述的电解液，其中所述添加剂的含量为0.2 5. 0重量％。
4.如权利要求I所述的电解液，其中所述电解质为六氟磷酸锂、氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂或其组合。
5.如权利要求I所述的电解液，其中所述非水系溶剂为碳酸酯类、呋喃类、醚类、硫醚类、腈类或其组合。
6.如权利要求I所述的电解液，其中所述非水系溶剂为醚系高分子、聚甲基丙烯酸酯系高分子、聚丙烯酸酯系高分子、氟系高分子或其组合。
7.如权利要求I所述的电解液，其中所述化合物(I)为
8.如权利要求I所述的电解液，其中所述化合物(II)为
9.一种电化学装置，其包含正极、负极及如权利要求I所述的电解液。
10.如权利要求9所述的电化学装置，其为锂离子二次电池。
11.一种提升电化学装置循环特性的方法，其是将包含如化学式(I)或(II)所示化合物的添加剂加至电化学装置中的电解液中，
全文摘要
本发明是提供一种用于电化学装置的电解液及其电化学装置，所述电解液包含9.95～19.95重量％的电解质；80.0～90.0重量％的非水系溶剂；0.05～10.00重量％的添加剂，其中该添加剂包含如化学式(I)或(II)所示的化合物其中X1、R1、及R4～R10如本发明中所定义。除此之外，本发明亦提供一种提升电化学装置循环特性的方法，其是藉由将前述添加剂添加于电化学装置中的电解液来完成。
文档编号H01M10/0525GK102629696SQ201210021770
公开日2012年8月8日 申请日期2012年1月31日 优先权日2011年2月1日
发明者何丽贞, 张家钦 申请人:聚和国际股份有限公司