[發明專利]一種高電壓耐燃非水電解液

在審

• 申請號: 201910246978.9
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109841903A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 劉永;王吉峰;任海;郭慶元;王文斌;李思朋;程云
• 申請（專利權）人: 山東海容電源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張桂松

本發明涉及化工領域，尤其涉及鋰離子電池用一種高電壓耐燃非水電解液。按照重量分數包括以下物質：電解質鋰鹽10?20份，高壓溶劑70?80份，成膜添加劑5?10份，功能添加劑1?5份。所述高壓溶劑采用二腈類溶劑、砜類溶劑、離子液體中的至少一種作為溶劑，代替目前常用的碳酸酯溶劑能有效提高電解液的氧化穩定性；所述的成膜添加劑可優先于溶劑分子發生氧化/還原分解反應，并在電極表面形成一層有效的保護膜，所形成的膜甚至可抑制正極材料金屬離子的溶解以及在負極的沉積，從而顯著提高電極/電解液界面穩定性及電池的循環性能。

技術領域

本發明涉及化工領域，涉及電池電解液研究領域，尤其涉及一種鋰離子電池用高電壓耐燃非水電解液。

背景技術

在鋰離子電池的開發及應用的過程中，常用碳酸酯電解液遭遇到以下兩個方面的問題，其一，常規碳酸酯電解液正極穩定性差、抗氧化能力不強，嚴重阻礙了高電壓正極材料的開發。為了進一步提升鋰離子電池的能量密度，人們開發了具有較高工作電壓的正極材料，主要包括高電壓LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiMPO₄(M＝Mn、Co、V)、Li₂MPO₄F(M＝Ni、Co)和富鋰錳基固溶體xLi₂MnO₃?(1－x)LiMeO₂(Me＝Ni、Co、Mn)等，它們的充電截止電壓都在4.7V以上，而常規的碳酸酯電解液在電位達到4.5V時在高氧化活性的正極材料表面發生不可逆的氧化分解，生成CO₂、H₂O和聚碳酸乙烯基(PEC)等產物，引起電池脹氣、電極界面組成變化、極化增大等，從而導致高電壓正極材料循環能明顯惡化等問題。因此，開發具有正極穩定性高、抗氧化性好的高電壓電解液是發展高電壓正極材料的迫切需要。

常用的有機碳酸酯電解液的低閃點和易燃性是鋰離子電池發生燃燒、爆炸事故的主要原因，因此，降低電解液可燃性是提高鋰離子電池安全性的有效途徑。傳統的電解液體系除了含有鋰鹽LiPF₆、高介電常數的環狀碳酸乙烯酯EC外，還包括低沸點、低粘度的線性碳酸酯溶劑如DMC、DEC或EMC等，它們的閃點通常較低，分別為17、33和23℃。當電池處于過充電、短路、高熱沖擊等濫用的情況下，電池內部的溫度和壓力均很高，碳酸酯電解液容易被點燃，很可能引起電池發生燃燒、甚至爆炸等危險。因此，尋找具有高閃點的共溶劑、發展耐燃電解液是提高鋰離子電池電壓和能量密度的同時，保證安全性的有效途徑。

綜上所述，研發高電壓耐燃電解液作為大容量鋰離子電池的關鍵材料是推動電動汽車、儲能電站等新能源技術領域商業化應用的迫切需求。

發明內容

本發明針對現有技術不足，提供一種高電壓耐燃非水電解液。為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種電壓耐燃非水電解液，按照重量分數包括以下物質：

作為優選，所述電解質鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）、二草酸硼酸鋰中（LiBOB）、草酸二氟硼酸鋰(LiDFOB)、二氟磷酸鋰(LiPF₂O₂)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑鋰(LiDTI)的至少一種。

作為優選，所述高壓溶劑為二腈類溶劑、砜類溶劑和離子液體中的至少一種；所述的二腈類溶劑為戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、癸二腈和十二烷二腈中的至少一種；所述的砜類溶劑為環丁砜(TMS)、甲乙砜(EMSF)中的至少一種；所述離子液體為為甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺酰)亞胺(PP₁₃TFSI）、N-甲基-N-丁基哌啶甲基磺酰亞胺（PP₁₄TFSI）、N-甲基-N-丁基吡咯雙三氟甲基磺酰亞胺(C₄mpyr-TFSI)、1-甲基-1-乙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體(EMP-TFSI)中的至少一種。