[發明專利]一種高電壓電解液及包括該高電壓電解液的鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010789538.0
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN112038696B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 沈劍;張健;趙坤
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發明公開了一種高電壓電解液及包括該高電壓電解液的鋰離子電池，涉及鋰離子電池技術領域，包括鋰鹽、有機溶劑和高電壓添加劑；所述高電壓添加劑為含氟硅烷基氰代磷酸酯。本發明電解液中添加的含氟硅烷基氰代磷酸酯高電壓添加劑為磷酸酯類添加劑，其在鋰離子電池中成膜阻抗比較低，有利于電池的循環性能；其分子結構中由于同時含有多個氰基，在3.0V～4.8V的高電壓區間內，能夠抑制電解液在電極表面的分解，有效改善高電壓電池的脹氣問題，且由于高極性基團硅和氟的協同作用，在負極表面形成一層致密、穩定的低阻抗鈍化膜，可以有效的改善高電壓下電池的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種高電壓電解液及包括該高電壓電解液的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因具有比能量高、無記憶效應及循環壽命長等優點而普遍應用于手機、筆記本電腦等3C消費類電子產品領域，此外，隨著新能源汽車的飛速發展，鋰離子電池在動力和儲能領域的應用也將越來越普遍。而隨著電動汽車續航里程的增加，對動力電池的能量密度要求也越來越高，而提升鋰離子電池的工作電壓是增大電池能量密度的重要途徑之一。目前，已經開發出了多種高電壓的正極材料，但常規電解液在高電壓下容易與正極材料表面發生副反應，影響高電壓正極材料性能的發揮，極大地限制了高電壓鋰離子電池的應用。因此，開發與高電壓正極材料匹配的新型電解液顯得尤其重要。然而現有技術中的鋰離子電池電解液主要是基于碳酸乙烯酯(EC)的碳酸酯基電解液，在此高電壓區間內進行充放電時，會發生氧化分解，導致電池循環性能迅速惡化，電池脹氣嚴重，從而造成整個電池性能的下降。

目前，用于改善鋰離子電池高電壓下脹氣和循環性能的方法主要是加入高電壓功能添加劑。在眾多研究成果中，亞硫酸酯類化合物應用的最廣。例如專利號CN105449277A的發明專利公開了一種添加氟代亞硫酸酯類化合物的電解液，可以滿足鋰離子電池在高電壓條件下的循環使用，延長其使用壽命，但該氟代亞硫酸酯主要用作負極形成穩定的SEI膜，而非高電壓條件下更關注的正極成膜功能。專利號為CN105047995A的發明專利公開了一種添加了亞硫酸酯類化合物的電解液，具有正極成膜作用，抑制電池產氣，改善鋰離子電池循環壽命和存儲性能，但該專利指出，其所用電解液中的亞硫酸酯類化合物能在負極成膜導致阻抗增加，需要加入其他添加劑并建議采用二次注液來保證功率性能，使得鋰離子電池的制程工藝繁瑣，對生產環境和設備要求較高，同時也增加了成本。公開號為CN201810619641A專利公開了一種高電壓電解液，在電解液體系中加入亞硫酸酯類化合物，可以改善電池在4.6V條件下高溫存儲的厚度膨脹率和循環性能，但進一步提高充電電壓，電池的膨脹率和循環性能的改善無法保證。因此開發更高電壓的功能添加劑，提高電池的能量密度尤為重要。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種高電壓電解液及包括該高電壓電解液的鋰離子電池，是在電解液中添加了含氟硅烷基氰代磷酸酯，能夠抑制電解液在電極表面的分解，并能夠在負極表面形成致密、穩定的低阻抗鈍化膜。

本發明提出的一種高電壓電解液，包括鋰鹽、有機溶劑和高電壓添加劑；所述高電壓添加劑為含氟硅烷基氰代磷酸酯。

優選地，所述含氟硅烷基氰代磷酸酯的結構通式如式(Ⅰ)所示：

其中，R₁、R₂、R₃各自獨立的選自F、C_1-10烷基，且R₁、R₂、R₃中至少有一個F和一個C_1-10烷基。

優選地，R₁、R₂、R₃各自獨立的選自F、C_1-3的烷基。

優選地，所述有機溶劑為有機碳酸酯、離子液體、亞烷基醚、芳香醚、C_1-20烷基醚、環醚、羧酸酯、砜、腈、二腈中的至少一種。