[發明專利]一種鋰離子電池用高壓電解液及其制備方法

有效

• 申請號: 202110492364.6
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113193231B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 陳軍;呂偉霞;曹米紅
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 北京中和立達知識產權代理有限公司 11756
• 代理人: 楊志培

本發明涉及一種鋰離子電池用高壓電解液及其制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。所述高壓電解液由三元有機溶劑、電解質和添加劑，所述添加劑包括噻吩?2,5?二基雙甲基膦酸四甲酯(TTD)。所述高溫電解液所需原料成本較低、制備簡單、高壓性能優越，其應用于以高鎳材料(NCM₈₁₁)為正極的鋰離子電池時，電池的電化學性能尤其是循環倍率性能得到明顯提升。

【技術領域】

本發明屬于鋰離子電池領域，具體而言，本發明涉及一種鋰離子電池用高壓電解液以及其制備方法。本發明還涉及所述高壓電解液添加劑TTD的合成，以及包含所述高壓電解液的鋰離子電池。

【背景技術】

鋰離子電池因其具有高容量、高能量、體積小、質量輕、對環境友好等特點，自其商品化以來，已經在移動電話，筆記本電腦，數碼相機等便攜式移動電子產品上得到廣泛應用。在這一背景下，無疑對鋰離子電池的技術提出了更高的要求，因此如何在保證安全的前提下提高動力電池的能量密度、延長續航里程、降低電芯成本是目前亟需解決的問題。

已有研究結果表明，在鋰離子電池中，過高的高壓不僅會使活性材料穩定性變差，還會導致電解液的氧化分解，使電極/電解液界面不穩定。通常在高電壓下電解液溶劑會嚴重分解甚至產氣，并且溶質LiPF₆和痕量水反應就會生成HF等腐蝕性路易斯酸，損失電解液有效成分。此外，這些副反應產物會導致正極材料結構不穩定以及正極電解質界面(CEI)的重構。其結果是電池的庫倫效率降低、容量的快速衰減甚至出現安全問題。為提高高壓下電解液穩定性以及高鎳層狀氧化物正極材料的循環穩定性，可以通過單晶結構設計、活性物質表面包覆以及加入電解液添加劑等方法實現。電解液添加劑被證明是改善電極材料電化學性能的一種有效方式，目前使用的有機高壓電解液添加劑在循環過程中一般會比溶劑分子優先氧化，通過在正極表面分解形成界面膜的方式來提高電化學性能。

因此，研制出一種能夠在高壓條件下使用的電解液，改善鋰離子電池的高壓性能，成為推動鋰離子電池應用和發展的一個亟待解決重要問題。

【發明內容】

針對上述鋰離子電池在高壓環境下的性能差乃至失效的問題，本發明提供了一種可在高壓環境下使用的鋰離子電池用電解液。本發明還提供了所述電解液的制備方法。

具體而言，本發明的一個目的在于提供一種鋰離子電池用高壓電解液，所述高壓電解液包括：三元有機溶劑、電解質和添加劑；

其中，所述添加劑包括噻吩-2,5-二基雙甲基膦酸四乙酯(TTD)。

在本發明的一個實施方案中，所述三元有機溶劑包含：(1)選自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)的至少一種的第一有機溶劑；(2)選自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)的至少一種的第二有機溶劑；(3)選自碳酸丙烯酯(PC)和碳酸亞乙烯酯(VC)中的至少一種的第三有機溶劑

其中，第一有機溶劑與第二有機溶劑的質量比為：(1～5):(1～5)；

第一有機溶劑、第二有機溶劑體積之和與第三有機溶劑體積的比為：100:(2～5)。

在本發明的一個實施方案中，所述第一有機溶劑與第二有機溶劑的質量比優選為(2～4):(1～5)，更優選為(3～4):(3～5)。在本發明的一個實施方案中，所述第一有機溶劑與第二有機溶劑的質量比進一步優選為(1、2、3、4或5):(1、2、3、4或5)，還進一步優選為1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、2:1、2:3、2:5、3:1、3:2、3:4、3:5、4:1、4:3或4:5，最優選為1:1、2:3、3:4或3:5。

在本發明的一個實施方案中，所述第一有機溶劑、第二有機溶劑體積之和與第三有機溶劑體積的比優選為100:2、100:3、100:4或100:5、在本發明的一個實施方案中，所述第一有機溶劑、第二有機溶劑體積之和與第三有機溶劑體積的比進一步優選為100:(2～4)或100:(3～5)。