[發(fā)明專利]一種電解液及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110697995.1
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113437365A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉孟
• 申請（專利權(quán)）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王艷齋

本發(fā)明提供了一種電解液及其制備方法和應(yīng)用，所述電解液包括電解質(zhì)鹽、有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括不飽和碳酸酯類添加劑、鋰鹽添加劑、4,5?二氰基?2?三氟甲基?咪唑鋰和乙烯基苯磺酸，本發(fā)明所述電解液利用添加劑之間的協(xié)同作用有效地改善了高鎳正極/硅碳負極表面膜的不穩(wěn)定，保證了較好的高溫存儲性能以及電極表面膜較低的阻抗，達到循環(huán)和存儲兼顧的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種電解液及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

高硅三元電池體系中，在循環(huán)過程中由于硅顆粒巨大的體積膨脹，常規(guī)添加劑形成的SEI膜容易破裂，導(dǎo)致循環(huán)性能的惡化。比較常見的做法是加入高含量的成膜添加劑FEC保證循環(huán)性能，F(xiàn)EC成膜添加劑富含LiF，poly(VC)等成分，提升SEI膜的強度和韌性，能夠有效緩解硅的體積膨脹造成的SEI破裂與再生的問題。然而，F(xiàn)EC高溫下容易與電解液中的路易斯酸(如PF₅)作用發(fā)生脫F反應(yīng)，產(chǎn)生HF，進而造成高鎳正極過渡金屬元素的溶出，電池容量嚴(yán)重衰減，高溫性能惡化。常規(guī)提升高溫性能的方法加入高溫型添加劑，如LiBOB、PST等，但這些高溫型添加劑普遍都阻抗較大，提升高溫性能的同時，會較大幅度增大阻抗，降低低溫性能。

CN104241684A公開了一種硅負極鋰電池電解液，由有機溶劑、鋰鹽和添加劑組成，鋰鹽的濃度為0.001～2mol/L，添加劑由添加劑A和氟代碳酸乙烯酯組成，添加劑A的質(zhì)量占電解液的質(zhì)量的0.1～20％，氟代碳酸乙烯酯的質(zhì)量占電解液的質(zhì)量的0.1～10％，添加劑A為亞硫酸酯化合物。其所述電解液的阻抗較大且循環(huán)性能較差。

CN108232302A公開了一種適用于硅基負極鋰離子電池的高濃度鋰鹽電解液，包括鋰鹽和非水有機溶劑，所述鋰鹽的摩爾濃度為2.15-4.00mol/L。其所述的電解液電化學(xué)穩(wěn)定性高、在負極表面可以生成由鋰鹽陰離子衍生的致密SEI膜，抑制硅基負極材料表面SEI膜的不斷形成，提高硅基負極與電解液界面的穩(wěn)定性，從而降低硅基負極在循環(huán)過程中的容量損失，提高硅基負極的庫倫效率和循環(huán)性能。其所述電解液形成的SEI膜韌性差。

上述方案存在有阻抗大、循環(huán)性能差或形成的SEI膜強度低、韌性差的問題，因此開發(fā)一種阻抗低、循環(huán)性能好且形成的SEI膜強度高、韌性好的可以應(yīng)用于高硅三元電池體系的電解液是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電解液及其制備方法和應(yīng)用，所述電解液利用添加劑之間的協(xié)同作用有效地改善了高鎳正極/硅碳負極表面膜的不穩(wěn)定，保證了較好的高溫存儲性能以及電極表面膜較低的阻抗，達到循環(huán)和存儲兼顧的效果。

為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供了一種電解液，所述電解液包括電解質(zhì)鹽、有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括不飽和碳酸酯類添加劑、鋰鹽添加劑和乙烯基苯磺酸，所述電解質(zhì)鹽中包括4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑鋰，其中4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑鋰的結(jié)構(gòu)式如式I所示，所述乙烯基苯磺酸的結(jié)構(gòu)式如式II所示。

本發(fā)明所述電解液中，LiTDI熱穩(wěn)定性好，溫度達到250℃以上才會分解。LiTDI鋰離子中的腈基團與水分子相互作用，達到除水效果，可提高電解液穩(wěn)定性，延長電池壽命，LiTDI與不飽和碳酸酯類添加劑結(jié)合，通過CF₃基團的脫氟作用促進LiF的生成，此時SEI膜更薄，強度和韌性更高，降低阻抗的同時大幅度提升硅基循環(huán)和存儲性能。乙烯基苯磺酸含有C＝C雙鍵，磺酸基，苯環(huán)，C＝C雙鍵優(yōu)先在正極氧化，苯環(huán)能提升CEI膜化學(xué)穩(wěn)定性，磺酸基形成烷基硫酸鹽和Li₂SO₄提升CEI膜電導(dǎo)率，乙烯基苯磺酸以上基團的存在，在正極形成均勻穩(wěn)定、離子電導(dǎo)的CEI膜，減少正極金屬離子溶出，大幅度提升高鎳正極循環(huán)和存儲穩(wěn)定性。