[發明專利]一種高電壓高能量密度電解液及其鋰電池

在審

• 申請號: 202011612031.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112786964A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 洪斯凡;王理;祝媛;朱紅慶;林森;李曉燕;劉金成;劉建華
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明公開了一種高電壓高能量密度電解液及其鋰電池。所述電解液包括非水有機溶劑、鋰鹽和添加劑，所述添加劑包括氟代醚添加劑、酸酐添加劑、1,3?丙烷磺酸內酯添加劑、腈類添加劑和氟代碳酸乙烯酯添加劑。本發明的電解液的組分簡單，通過各組分的配合可以獲得相對較小的電池阻抗，并兼顧優異的高溫循環性能、常溫循環性能、低溫性能、倍率性能和高溫存儲性能。得到的4.48V鈷酸鋰體系電池的性能綜合上較優，且滿足常規標準，并且可以根據性能差異要求，調整添加劑比例得到相應電池。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，涉及一種高電壓高能量密度電解液及其鋰電池。

背景技術

消費鋰離子電池向高能量密度方向發展，采用更高容量正極材料如4.48V或者4.5V鈷酸鋰是提升鋰離子電池能量密度的有效途徑之一。但是高電壓高能量密度鈷酸鋰體系存在問題是：正極材料表面過渡金屬和修飾元素溶出，導致整體性能劣化，特別是高溫性能；工作過程相變更容易析出氧，導致循環性能劣化；摻雜和包覆修飾增加，導致阻抗較大、低溫、循環較差；較高的壓實密度，其極片浸潤性較差，導致電池性能整體變差。該類問題點，鋰離子電池企業主要通過調整體系搭配，尤其是電解液配方來改善，然而相應電解液添加劑少，且缺乏數據支持，同時高電壓鈷酸鋰材料(≥4.48V)本身正處于不斷改善狀態，給電解液開發增加難度。這些情況影響高電壓高能量密度鋰電池推廣。

CN111129586A公開了一種高電壓鈷酸鋰鋰離子電池非水電解液，包括非水有機溶劑、電解質鋰鹽和添加劑，按在電解液中的質量百分含量，所述添加劑組成為：異氰酸酯類添加劑0.5～1.0％，其它添加劑0.5～20％。其中的異氰酸酯類添加劑能夠正極成膜，抑制正極材料遭受電解液中氫氟酸的侵蝕和抑制氫氟酸導致正極材料結構的坍塌和鈷離子的溶出，提高高電壓鈷酸鋰鋰離子電池的電化學性。CN105762412A公開了一種高壓電解液，所述高壓電解液是在普通電解液中添加相當于普通電解液質量0.1％～5％的功能添加劑得到，所述的功能添加劑是指烯二腈類化合物。含有這種電解液添加劑的鋰離子電池在3～4.5V下的循環性能得到改善，提高了鋰離子電池安全性能、使用壽命和能量密度。

但是，上述研究仍未開發出一種適用于高電壓高能量密度的電解液，使得鋰離子電池具有較低的SEI阻抗，兼顧優異的高溫循環性能、常溫循環性能、低溫性能、倍率性能和高溫存儲性能。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種高電壓高能量密度電解液及其鋰電池。

本發明所述高電壓高能量密度中的“高電壓”指電壓在4.45V～4.5V。

為達上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種電解液，所述電解液是一種高電壓高能量密度電解液，包括非水有機溶劑、鋰鹽和添加劑，所述添加劑包括氟代醚添加劑、酸酐添加劑、1,3-丙烷磺酸內酯(分子式：C₃H₆O₃S，簡稱1,3-PS)添加劑、腈類添加劑和氟代碳酸乙烯酯(簡稱FEC)添加劑。

本發明的電解液是一種適用于高電壓高能量密度體系(例如4.48V鈷酸鋰體系)的電解液，高電壓陰極對水較敏感，高電壓陰極抗氧化能力較差，高壓實密度陽極浸潤差，本發明通過同時添加氟代醚添加劑和酸酐添加劑，可以更好地除水，增加對正極的保護作用，提升正極材料的使用穩定性，同時改善電極浸潤性，從而改善電芯整體電性能；而且，在上述條件下，配合一定量的1,3-丙烷磺酸內酯，能夠形成致密、穩定性的SEI膜，提高電池高溫性能。

本發明的電解液的組分簡單，通過各組分的配合可以獲得相對較小的電池阻抗，并兼顧優異的高溫、低溫、循環性能、倍率性能和高溫存儲性能。得到的4.48V鈷酸鋰體系電池的性能綜合上較優，且滿足常規標準，并且可以根據性能差異要求，調整添加劑比例得到相應電池。