[發(fā)明專利]鋰離子電池電解液及其添加劑、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用

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• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN114079083A
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 王成運;袁長福;李進;顧曉瑜;梅驁
• 申請（專利權）人: 廣汽埃安新能源汽車有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 深圳眾鼎專利商標代理事務所(普通合伙) 44325
• 代理人: 黃章輝

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池包、鋰離子電芯、鋰離子電池電解液及其添加劑，本發(fā)明的電解液添加劑包括氟代苯環(huán)酸酐類添加劑，所述氟代苯環(huán)酸酐類添加劑中的酸酐官能團為環(huán)狀酸酐官能團。具體地，氟代苯環(huán)酸酐類添加劑同時有氟、苯環(huán)和酸酐三種官能團存在，其中苯環(huán)可以在正極發(fā)生電聚合成膜，酸酐易在負極界面發(fā)生還原成膜反應，氟原子可以與電解液中的鋰結合形成LiF增加界面膜的穩(wěn)定性，三者協同相互作用有利于正負極界面的保護，進而有效隔離電解液與電極界面的直接接觸，提高電池在不同工作條件下的電化學性能。該添加劑有效改善電池的高電壓循環(huán)穩(wěn)定性，以及在高溫條件下的存儲和循環(huán)性能，同時能夠兼顧鋰離子電池的安全特性。

技術領域

本發(fā)明涉及儲能領域，尤其涉及一種鋰離子電池電解液及其添加劑、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用。

背景技術

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，市場對電動汽車的安全和續(xù)航里程提出了更高的要求。鋰離子電池因其能量密度高，無記憶效應以及對環(huán)境友好等特點，而被廣泛應用在新能源汽車領域。作為電動汽車核心動力部件的鋰離子電池主要由正極、負極、電解液和隔膜四大部分組成，其中電池的容量主要由正負極材料所決定。提高電池的充電截止電壓是一種有效提高電池能量密度的途徑，但針對以鎳鈷錳三元為正極的電池，在高電壓下面臨正極金屬離子溶出，經過電解液分散到負極表面，過渡金屬離子在電池內部的遷移和沉積會加速電解液在正負極界面的氧化和還原分解，使得大量電解液分解產物在電極界面累積，造成電池阻抗增大以及性能的惡化。同時在高溫條件下，負極界面膜不穩(wěn)定，在嵌鋰狀態(tài)下，負極界面會出現界面膜的自我修復過程，該過程將會引起電解液中活性鋰的不可逆消耗，最終造成電池容量的損失。因此，提高電池正負極界面膜的穩(wěn)定性是改善電池性能的有效方法。

電解液作為電池內部鋰離子的傳輸媒介，其主要由溶劑、鋰鹽和添加劑組成，溶劑和鋰鹽的可選擇性相對較少。開發(fā)新型的添加劑來改善電池的某種電化學性能，被認為是一種經濟有效的途徑。添加劑一般在正負極界面分別通過氧化或還原反應產生具有特定性質的鈍化膜，該由特定添加劑物質參與形成的鈍化膜具有良好的穩(wěn)定性，能夠抑制從正極溶出的過渡金屬離子通過電解液向負極遷移，隔絕電解液與電極界面的直接接觸，緩解電解液在電極界面的不可逆消耗進而提高電池的高電壓循環(huán)穩(wěn)定性和電池的高溫性能。然后大多數添加劑只能對正極或負極進行單一保護，不能同時兼顧正負極界面的保護，在實際應用中需要添加兩種或更多種的添加劑復配使用。大多數添加劑一般價格昂貴且對人體有害，容易造成電池成本的升高以及環(huán)境的污染。因此，開發(fā)能夠對正負極界面進行同時保護的電解液添加劑，對于開發(fā)高性能低成本電池具有重要的意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種電解液添加劑，該電解液添加劑可兼顧正負極界面保護，提高了鋰離子電芯在高電壓和高溫條件下的電化學性能。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種鋰離子電池電解液，該電解液內的添加劑可兼顧正負極界面保護，提高了鋰離子電芯在高電壓和高溫條件下的電化學性能。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種鋰離子電芯，該鋰離子電芯在高電壓和高溫條件下的電化學性能提高了。

本發(fā)明的第四目的在于提供一種鋰離子電池包，該鋰離子電池包包括在高電壓和高溫條件下電化學性能優(yōu)良的鋰離子電芯。

本發(fā)明的第五目的在于將鋰離子電池包應用于數碼3C、汽車、摩托車或自行車上，該鋰離子電池包包括在高電壓和高溫條件下電化學性能優(yōu)良的鋰離子電芯。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種電解液添加劑，所述電解液添加劑包括氟代苯環(huán)酸酐類添加劑，所述氟代苯環(huán)酸酐類添加劑中的酸酐官能團為環(huán)狀酸酐官能團。

進一步地，所述氟代苯環(huán)酸酐類添加劑的結構式為：

或者