[發明專利]一種LNCM錳系三元鋰離子電池電解液、鋰電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010413402.X
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111697265A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 邵俊華;孔東波;張利娟;李海杰;閆國鋒;王亞洲;王郝為;侯紅歧;杜珍;郭飛;謝佳慶
• 申請（專利權）人: 湖南博信新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄧建輝

本發明提供了一種LNCM錳系三元鋰離子電池電解液、鋰電池及其制備方法。該電解液制備原料包括：電解液添加劑、鋰鹽和溶劑，電解液添加劑在電池電解液中的占比為1~10 wt%，電解液添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和硼酸三甲酯的混合。電解液中，將介電常數高的EC和粘度低的DEC、EMC混合使用，滿足了電解液工作溫度范圍、電導率等多方面的要求。通過減少高熔點溶劑EC（熔點35?38℃）的含量，而增大低熔點的共溶劑DEC（熔點?43℃）和EMC（熔點?55℃）的含量，拓寬了電解液的工作溫度范圍。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種LNCM錳系三元鋰離子電池電解液、鋰電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、循環性能好、儲存時間長、自放電小等優點，廣泛應用于3C電子產品、便攜式電子設備、電動汽車和航天航空領域，有望逐步替代傳統儲能裝置，如鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池。鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液和隔膜組成。目前，研究較多的正極材料包括錳系、鎳系、鈷系和釩系。

對于開發新一代的高性能鋰離子電池體系而言，有效的途徑之一是采用高電壓的正極和高容量的負極材料，并開發與之相匹配的高壓電解液和高性能隔膜，該類電池體系簡稱為高壓鋰離子電池。

針對正極材料，LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂（簡寫為LNCM）屬于錳系三元正極材料，該類材料具有成本低、毒性小、熱穩定性高、電壓范圍寬的優點。考慮到成本及現有電池制備工藝等因素，由碳酸酯類有機溶劑和六氟磷酸鋰（LiPF6）組成的液態電解質在近期數年內仍將是動力電池的首選，但如此常規電解液在高電壓下易氧化分解生成酸，進而會造成過渡金屬Mn的溶出和材料晶體的開裂以及材料的相變，導致LNCM正極材料容量衰減嚴重，循環性能差，電導率和倍率性能低。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種LNCM錳系三元鋰離子電池電解液、鋰電池及其制備方法。

根據本發明第一方面實施例的一種LNCM錳系三元鋰離子電池電解液，制備原料包括：電解液添加劑、鋰鹽和溶劑，所述電解液添加劑在電池電解液中的占比為1~10 wt%，所述電解液添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和硼酸三甲酯的混合。

根據本發明的一些實施方式，所述電解液添加劑中，碳酸亞乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）和硼酸三甲酯（TB）的質量比為（1~3）：（1~3）：1。

根據本發明的一些實施方式，所述電解液添加劑中，VC、FEC和TB的質量比為1：1：1。

硼酸三甲酯（TB）的結構式如式：

。

硼酸三甲酯（TB）的使用，由于B原子的p軌道上有三個價原子，可形成穩定的缺電子鍵，即呈現Lewis酸性，可與LiPF6中的PF6-結合，提高LiPF6在電解液中的解離度，即提高游離Li⁺的濃度，從而提高電解液的電導率，同時抑制LiPF6分解產生HF，大大減輕LNCM錳系三元正極材料與電解液間的副反應，從而穩定電池體系。

碳酸亞乙烯酯（VC）是有機成膜添加劑與過充電保護添加劑，具有良好的高低溫性能與防氣脹功能，可以提高電池的容量與循環壽命。氟代碳酸乙烯酯（FEC）是常用的成膜添加劑，因其分子比碳酸乙烯酯（EC）多了1個-F鍵，而具有較高的電負性和較強的吸電子能力，抗氧化能力較強，阻止電解液分解，進而阻止痕量水和HF的分解、抑制更多的氣體產生，提高電解液的低溫性能和循環壽命。硼酸三甲酯（TB）可優先基準電解液氧化，在LNCM正極材料表面形成一層穩定的薄的低阻抗膜，低阻抗膜可以抑制電解液的分解和LNCM中過渡金屬離子的溶出，提高了電池的循環穩定性和倍率性能。碳酸亞乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）及硼酸三甲酯（TB）的組合搭配，實現了功效協同。