[發明專利]電解液及鋰電池

在審

• 申請號: 202110593771.6
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113346138A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 馬建民;戚世瀚
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0566;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳卓正專利代理事務所(普通合伙) 44388
• 代理人: 萬正平;吳思瑩

本發明公開了一種電解液及鋰電池，其中，所述電解液包括：鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括如下結構式所示的有機化合物：其中，R₁、R₂、R₃各自獨立地選自碳原子數為1～3的烷烴基團。本發明至少能夠解決如何在抑制鋰電池負極鋰枝晶生長的同時，提升鋰電池正極工作電壓的問題，進而可以解決如何同時優化鋰電池正極和負極性能的問題，從而可以提高鋰電池在高壓工作條件下的電化學性能。

技術領域

本發明涉及電化學領域。更具體地說，本發明涉及電解液及鋰電池。

背景技術

鋰離子電池因為其具有無記憶效應、綠色環保、循環壽命長等優點備受青睞。然而近年來，由于通訊、消費電子設備以及電動汽車的快速發展，傳統鋰離子電池的能量密度已經難以滿足市場的需求。為了提升電池的能量密度，需要同時改進正、負電極的性能。然而，目前的正極與負極總是或多或少地存在諸多的缺陷，在鋰電池領域，還很難同時兼顧到正、負電極的電化學性能。

具體來說，常用的金屬鋰負極雖然具有超高的理論容量(3860mAh g^-1)和極低的電化學電位(-3.04V vs標準氫電極)，但是由于過高的反應活性而帶來副反應，以及鋰沉積過程中枝晶的生長，因此導致由其組裝而成的金屬鋰電池(LMBs)面臨著庫倫效率低、安全性差、循環壽命短等問題。

類似地，具有高理論比容量(275mAh g^-1)的鈷酸鋰(LiCoO₂)正極，也同樣存在無法忽視的缺陷。其在4.35V的截止電壓以下，只有不超過170mAh g^-1的容量可以被利用，一旦在超過4.4V的高壓環境下運行，就會導致鈷離子流失、不可逆相變增加、正極材料顆粒碎裂等問題的發生，使得由鈷酸鋰材料制作的鋰電池容量迅速衰減。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

綜上，本發明還有一個目的是提供一種電解液和鋰電池；至少能夠解決如何在抑制鋰電池負極鋰枝晶生長的同時，提升鋰電池正極工作電壓的問題，進而可以解決如何同時優化鋰電池正極和負極性能的問題，從而可以提高鋰電池在高壓工作條件下的電化學性能。

具體地，本發明通過如下技術方案實現：

本發明的第一方面

第一方面提供了一種電解液，包括：鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括如下結構式所示的有機化合物：

其中，R₁、R₂、R₃各自獨立地選自碳原子數為1～3的烷烴基團。

本申請中提供的電解液在加入了所述添加劑后，可以有助于形成機械強度更高的CEI膜(CEI的英文全稱為solid electrolyte interphase)，包裹在鈷酸鋰正極顆粒表面，阻止正極顆粒的碎裂；此外，這種CEI膜可以阻斷正極材料表面晶體結構中的鈷離子與電解液接觸，阻止鈷離子溶解于電解液中，從而降低不可逆相變的發生；所以說，本申請提供的電解液可以優化鋰電池中鈷酸鋰正極的CEI，減緩鈷酸鋰顆粒的破碎，提升鈷酸鋰正極材料工作電壓，將截止電壓提升至4.7V以上，進而提升鋰金屬電池能量密度。

同時，前述有機化合物在電解液中被還原后形成的SEI膜中含有Li₃N，這種物質是一種快離子導體，可以提升SEI膜的鋰離子擴散速率，減少鋰的非均勻沉積，抑制鋰枝晶生長，優化負極SEI。