[發明專利]富鋰錳基正極材料體系電池用電解液及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201910333964.0
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110112465B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 鄒志群;余意
• 申請（專利權）人: 東莞東陽光科研發有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/0525
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本發明提供一種富鋰錳基正極材料體系電池用電解液及鋰離子電池，所述電解液包括溶劑、電解質鋰鹽和添加劑，所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、噻吩?2?甲氧基硼酸頻哪醇酯和二(2,2,2?三氟乙基)碳酸酯。本發明的電解液應用于富鋰錳基鋰離子電池，可以改善電解液與正負極的界面相容性，提高鋰離子電池的高溫高壓循環性能。并且制備方法簡單，易于工業化，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體的，涉及一種富鋰錳基正極材料體系電池用電解液及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池電解液是鋰離子電池中的重要組成部分，傳統的鋰離子電池材料正極采用的是鈷酸鋰，負極采用的是石墨，提高這類鋰離子電池能量密度的方式通常通過提高電池的工作電壓來實現，而高的工作電壓將會導致電解液的快速分解以及鈷酸鋰材料結構的破壞，使得電池循環壽命大大降低，很難滿足實際使用需求。大量的研究證實，開發高能量密度鋰離子電池最有效的途徑之一是使用更高容量正極材料替代現有的鈷酸鋰材料。富鋰錳基正極材料xLi2MnO3(l-x)LiMO2(M＝Mn、Ni、Co等)是近年來新興的一種高容量正極材料，具有固溶體結構，其比容量大(250～280mAh/g)、理論能量密度高(900Wh/kg)、循環壽命長、成本低、污染小等優點，成為目前各國競相開發的熱點正極材料，工作電壓最高可達4.6V，遠高于目前的三元鎳鈷鋁和鎳鈷錳材料。

但是富鋰錳基正極材料也存在著短板，例如：不可逆容量高、循環性能差、放電電壓衰降、容量衰減等。原因主要有兩方面：一方面由于其工作電壓在4.6V以上，傳統的碳酸酯有機溶劑和六氟磷酸鋰電解液體系在高電壓下容易氧化分解，且材料中的Ni3+可進一步促進有機溶劑提前氧化分解，副產物LiF等無機物附著在正極表面，隨著循環的增加，正極表面膜不斷增厚，嚴重影響了Li+的遷移，降低了電導率，導致材料的循環性能變差，再者，副產物HF會腐蝕材料，使材料溶解失效；另一方面，隨著循環次數的增加，材料的結構逐漸由層狀轉變為尖晶石結構，材料發生破裂，最終導致放電容量嚴重衰減。其中，限制富鋰錳基材料應用的關鍵因素之一是電解液的耐高壓特性仍難以滿足要求，電池循環較差。

針對這些問題，有效的方法之一是開發與之相匹配的電解液，具體實現手段主要是：通過向電解液中引入功能添加劑，實現在電極表面構建優良的固體界面膜(SEI膜)，構建優良的電極/電解液界面膜從而在不影響循環壽命的前提下提高電池的工作電壓。

CN106532120A公開了將吡啶硼酸頻哪醇酯化合物和苯硼酸頻哪醇酯類化合物作為正負極成膜添加劑應用于鋰離子電池電解液中，但當將其應用于富鋰錳基鋰離子電池中，高壓性能不理想。

CN107331892A通過在電解液中添加了苯基硼酸頻哪醇酯類、吡啶硼酸頻哪醇酯類、烷基硼酸頻哪醇酯類、烯烴基硼酸頻哪醇酯類化合物，在正極材料表面聚合成膜，阻止電解液在正極表面發生副反應，保護溶劑在高電位下不被氧化分解，延長電池壽命。然而該類添加劑不僅所形成的膜阻抗較大，高溫高壓下電池并不能體現出較好的性能。上述添加劑對于改善富鋰錳基正極材料在高溫循環性能及儲存性能上仍不夠理想，在高溫高壓條件下添加劑形成的CEI膜很容易破損，因此，有必要開發新的電解液添加劑來進一步提高富鋰錳基正極材料體系鋰離子電池的高溫高壓循環性能。

發明內容

本發明主要是針對富鋰錳基正極材料體系鋰離子電池在大于4.8V的高電壓循環性能較差的問題，提供一種能提高富鋰錳基正極材料體系鋰離子電池首效和高電壓高溫循環性能的電解液解決方案。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種富鋰錳基正極材料體系電池用電解液，所述電解液包括溶劑、電解質鋰鹽和添加劑，所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、噻吩-2-甲氧基硼酸頻哪醇酯和二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯。

優選地，以溶劑和電解質鋰鹽的質量之和為100％計，所述氟代碳酸乙烯酯在所述電解液中的質量百分含量為2.0％～5.0％。