[發明專利]一種尖晶石結構鎳錳酸鋰鋰離子電池的電解液及制備方法

有效

• 申請號: 201710072856.3
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106816635B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 沈智;何鵬飛;鄭擁軍;陳建華;肖毅;陳恩賜
• 申請（專利權）人: 湖南鋰順能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0568;H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本發明公開了一種尖晶石結構鎳錳酸鋰鋰離子電池的電解液及制備方法，所述電解液包括：有機溶劑30?60質量份、鋰鹽5?15質量份、離子液體15?30質量份以及添加劑5?10質量份；應用本發明實施例提供的電解液制備的鋰離子電池，在1C倍率下循環3000次后的容量保持率達到90.33％；在2C倍率下循環1500次后的容量保持率達到88.5％；在3C倍率下循環800次后的容量保持率達到85.0％。可見，本發明提供的電解液在高電壓、不同倍率下充放電多次后，仍能顯示出良好的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種尖晶石結構鎳錳酸鋰鋰離子電池的電解液及制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。充電時，鋰離子從正極脫嵌，經過電解液嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。由于鋰離子電池因具有工作電壓高、無記憶效應、自放電率小、循環壽命長和能量密度大等顯著優點，成為便攜電子設備電池的首選。但是，隨著相應設備功能的多樣化，設備用電模塊功耗也不斷上升，使得現有鋰離子電池正、負極材料、電解液以及常規電池設計的弊端也逐漸顯現出來；例如，關于尖晶石結構鎳錳酸鋰鋰離子電池，就存在高電壓下，電池的循環性不能滿足現有設備需要的問題。

目前，高電壓正極材料有鈷酸鋰、鎳錳酸鋰、磷酸錳鋰和富含鋰錳基層狀固溶體，上述正極材料的充電電壓均在4.5V以上。對于常用的基于碳酸酯溶劑的電解液而言，當充電電壓達到4.3V時，會在高氧化性正極材料表面發生不可逆的氧化分解反應，電池出現脹氣，從而引起電池循環壽命和儲存性能的惡化；為了抑制這種分解，本領域技術人員從高電壓正極材料出發，對其進行表面改性，即為了減少電解液與正極材料的直接接觸，在正極材料表面包覆一層氧化物或氟化物，起到阻隔的作用，以此來提高電池的倍率性能與循環壽命。然而，包覆材料的制備過程工藝復雜、成本高，且涉及到材料的后期熱處理，容易引起包覆層與正極材料接觸界面材料組分的改變；同時，高電壓正極材料表面的包覆層多為離子絕緣體，不利于鋰離子的脫出和嵌埋，進而影響電池的倍率性能。

所以，有必要從電解液方面尋找合理的解決方案。電解液之所以關鍵，是因為電池在充、放電過程中，鋰離子快速從正極脫出，進入電解液，然后穿過隔膜，進入負極進行嵌埋，大量鋰離子的遷移需要電解液具有較高的動力學性能，使鋰離子在傳質過程中具有更小的傳質阻力，因此需要電解液具有更好的浸潤性、更低的粘度以及更低的鋰離子傳輸阻力；為了實現此目的，本領域技術人員普遍采用低粘度高電導率的溶劑搭配高鋰鹽濃度的技術方案，然而，這種技術方案雖然能夠改善電解液的動力學性能，但是會使電池的高溫存儲性能變差，也不利于電池的循環壽命；現有技術中，技術人員不乏通過在常用的基于碳酸酯溶劑的電解液中添加功能性添加劑，以滿足高電壓鋰離子電池對電解液的需求，但是，單一的添加劑很難解決電解液所有的問題，還可能帶來一些其他問題，例如，電化學兼容性差，電池循環壽命低，等等。

發明內容

本發明的發明目的在于提供一種尖晶石結構鎳錳酸鋰鋰離子電池的電解液及制備方法，以解決針對現有尖晶石結構鎳錳酸鋰鋰離子電池存在的循環性能不能滿足設備需要的技術問題。

根據本發明實施例的第一方面，提供了一種尖晶石結構鎳錳酸鋰鋰離子電池的電解液，所述電解液包括：

有機溶劑30-60質量份；

鋰鹽5-15質量份；

離子液體15-30質量份；

添加劑5-10質量份。

優選地，所述添加劑包括：

碳酸亞乙烯酯和乙烯基碳酸亞乙烯酯中的至少一種；

六甲基二硅胺烷、七甲基二硅胺烷、亞磷酸三苯酯和亞磷酸三甲酯中的至少一種；

以及聯苯、環己基苯和苯二甲醚中的至少一種。