[發明專利]一種高電壓鋰離子電池電解液及使用該電解液的鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010585098.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111740163B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 曹青青;楊冰;吳杰;黃晟超
• 申請（專利權）人: 杉杉新材料（衢州）有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 程曉明

本發明公開了一種高電壓鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，按在高電壓鋰離子電池電解液中的質量百分含量，添加劑組成為：不飽和鋰鹽添加劑1?10％，含磷添加劑0.1?5％，碳酸亞乙烯酯0.1?2％，其它添加劑1?7％。本發明還公開了含有上述高電壓鋰離子電池電解液的鋰離子電池。本發明的高電壓鋰離子電池電解液通過獨特組合的多種添加劑的協同作用，使電解液體系兼具高能量密度、高安全性能，有利于滿足電解液在高電壓下對高溫性能、低溫性能和安全性能的需求，進而提高了高電壓鋰離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及電池領域，具體涉及一種高電壓鋰離子電池電解液及使用該電解液的鋰離子電池。

背景技術

近年來，鋰離子電池因工作電壓高、比容量大、循環壽命長、無記憶效應以及對環境友好等優點，而成為目前使用最廣泛的化學儲能電池。隨著其應用領域的快速發展，人們對鋰離子電池的能量密度和安全等性能提出了更高的要求。

提高現有體系的工作電壓和開發高比容量電池體系是解決電池能量密度的關鍵途徑。然而，常規碳酸酯基高電壓電解液存在氧化電位低，與高壓實正極電極材料浸潤性差等問題，嚴重制約了高電壓鋰離子電池的實際應用。目前最常用的鋰離子電池電解液，是以LiPF₆溶解在碳酸酯類溶劑中組成的，然而這類體系在高電壓情況下，充電過程中極易與正極材料發生氧化分解，導致高的界面阻抗和電池容量衰減，其次，電解液分解過程中，產生的CO₂對于電池的安全性能造成潛在的威脅，產生的H₂O使得LiPF₆/碳酸酯電解質體系發生自催化反應，其中間產物HF的產生會導致正極材料中金屬陽離子的溶出，造成正極材料的破壞，影響電池循環穩定性，而且，溶解的陽離子會在負極表面析出為金屬枝晶，造成電池短路，形成安全隱患。

因此，傳統的電解液組成無法直接應用于高電壓鋰離子電池體系中，開發兼具高能量密度、高安全性能的新的電解液體系是鋰離子電池發展的關鍵之一。

如中國專利公開號CN107359368A公開了一種基于硫酸酯添加劑的鋰電池電解液，包括溶劑A、鋰鹽B和硫酸酯添加劑C。該發明利用硫酸酯添加劑C參與鋰金屬負極表面SEI的形成，對電極表面的SEI膜進行修飾/改性，硫酸酯添加劑C包括硫酸乙烯酯、甲基亞硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯等化合物，具有較低的最低未占分子軌道能量，易得電子，更容易被還原，其分解產物富含Li₂S和Li₂O，從而在鋰負極表面引入無機成分，通過調控SEI的成分，提高SEI的機械強度，從而增強SEI的穩定性，進而抑制鋰枝晶的生長，以提高鋰金屬電池的使用壽命和循環性能。不足之處是上述添加劑在高溫高壓下形成的膜并不牢固，很容易破損。

又如中國專利CN109755636A公開了一種高溫高壓安全性鋰離子電池電解液及鋰離子電池，該發明的鋰離子電池電解液包括鋰鹽、非水有機溶劑、添加劑，所述添加劑包括異氰酸酯類添加劑、成膜添加劑和氟代阻燃添加劑。鋰離子電池電解液通過添加第一類異氰酸酯類添加劑和第二類成膜添加劑，能夠在電極材料表面形成穩定的SEI膜，既有利于離子傳導又能夠抑制電解液的分解；添加第三類氟代阻燃劑，F原子既可以在電極界面成膜，又可以減小分子間作用力，降低其粘度，改善電解液的電導率。不足之處是該鋰離子電池的高、低溫性能較差。

發明內容

為了克服上述背景技術的不足，本發明提供了一種兼具高能量密度、高安全性能的高電壓鋰離子電池電解液及使用該電解液的鋰離子電池。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種高電壓鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，按在高電壓鋰離子電池電解液中的質量百分含量，所述添加劑組成為：