[發明專利]一種耐高壓鋰離子電池電解液

在審

• 申請號: 201610564126.0
• 申請日: 2016-07-18
• 公開（公告）號: CN107634265A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 王慧敏;嚴紅;石先興
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0567;H01M10/0568
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種耐高壓鋰離子電池電解液。

背景技術

鋰離子電池由于具備工作電壓高、無記憶效應、循環壽命長和自放電低等優勢，在儲能式電子產品、電動工具以及電動汽車等領域具有廣泛的應用。近年來，由于智能化、移動化和高耗電電子設備的發展，人們急切要求提高鋰離子電池的能量密度，提高鋰離子電池的工作電壓是提高鋰離子電池能量密度有效途徑之一。

目前市場上已獲得工作電壓在4.35-5.0V 的高電壓正極材料；然而現有電解液在4.35-5.0V高壓區間下進行充放電時會發生氧化分解，從而導致電池電化學性能的嚴重惡化。此外，烷基碳酸酯類有機溶劑的易燃和易揮發性使的高能量密度電池存在巨大的安全隱患。這便使得新型高壓材料的開發因缺少穩定的高壓電解液而受到限制。

因此，提升現有碳酸酯基電解液的性能，開發與高電壓正極材料匹配的高電壓型電解液是迫切需要解決的關鍵問題之一。目前開發傾向于優化溶劑的組成及加入合適的添加劑，從而提高電解液在高壓下耐氧化、耐高溫性能。

申請號為201310276370.3的中國專利公開了一種鋰離子電池高壓電解液，它由有機溶劑，電解質鋰鹽及負極成膜添加劑組成，其中，有機溶劑為氟代碳酸乙烯酯、三氟代碳酸丙烯酯及氫氟醚組成的混合溶劑，所述電解質鋰鹽為六氟磷酸鋰和雙草酸硼酸鋰組成的混合鋰鹽。但是上述發明解決的是氟代溶劑粘度高以及電解質鋰鹽在氟代有機溶劑中溶解性差的問題，并不能解決本發明的相應技術問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種耐高壓鋰離子電池電解液。本發明的電解液，能夠有效解決現有電解液體系在高壓、高溫下的氧化分解的技術問題，能夠提高電池循環穩定性，同時具有較高的倍率性能以及高安全性能。

本發明的具體技術方案為：一種耐高壓鋰離子電池電解液，包括電解質鋰鹽、有機溶劑和添加劑；所述有機溶劑為碳酸酯類溶劑與3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷（CNCH₂CH₂CH₂Si(OCH₂CH₂OCH₃)₃）的混合物，所述3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占有機溶劑總體積的20-50%。

3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷具有較高介電常數和抗氧化電位，在本發明的技術方案中，作為電解液有機溶劑的共溶劑加入可增加電解液的抗氧化能力，有效抑制了共溶劑電解液在正極表面的分解，減緩了循環過程中電極極化的增長，降低了電極/電解液界面的Li⁺擴散阻力和電荷轉移阻力，從而提高電池循環穩定性和倍率性。同時3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷具有低燃性，能大大提高電池的安全性能。此外與低粘度的碳酸酯的配合，可以提高Li⁺在共溶劑電解液中的遷移速率。

因此，含有3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷的電解液具有優良的熱穩定性和低溫離子傳導性能、高電導率、無毒性、低可燃性和高分解電壓等優點，與碳基類似物相比具有更高的電化學穩定性（4.5V以上）以上，應用本發明電解液的鋰電池也表現出優良的充放電循環性能，高能量密度，較高的功率密度和高安全性。

作為優選，所述碳酸酯類溶劑包括EC、DMC、DEC；且所述有機溶劑中各成分的體積百分比為：EC占10-20%，DMC占20-30%，DEC占20-40%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占20-50%。

作為優選，所述有機溶劑中各成分的體積百分比為：EC占15%，DMC占25%，DEC占30%，3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷占30%。

作為優選，所述電解質鋰鹽為六氟磷酸鋰和二氟草酸硼酸鋰的混合物。

二氟草酸硼酸鋰作為電解質鋰鹽加入，可在高溫下能有效抑制電解液中水分的產生，從而減少HF的含量，二氟草酸硼酸鋰具有較好的成膜性能，能與負極形成穩定的SEI膜；另外，在本發明中，二氟草酸硼酸鋰可以提高3-丙基腈-三甲氧基乙氧基硅烷與石墨負極的兼容性。

作為優選，所述六氟磷酸鋰的濃度為0.8-1.1mol/L，所述二氟草酸硼酸鋰的濃度為0.1-0.2mol/L。

作為優選，所述添加劑包括亞硫酸丙烯酯、丁二腈、碳酸亞乙烯酯。將上述添加劑與本發明電解液的其他組份復配，即使在高溫高壓下電解液也具有特別好的抗氧化能力，使電池具有穩定的性能和安全性。