[發(fā)明專利]鋰二次電池電解液及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110768080.5
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113258140B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金熠;田一帆;魯卓雅;程曉彥;岳風(fēng)樹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京壹金新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0567;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京中知星原知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發(fā)明提供了一種鋰二次電池電解液及其制備方法和應(yīng)用，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。所述鋰二次電池電解液包括常規(guī)商用酯類電解液添加劑和助溶劑，所述添加劑為硝酸鹽，能夠參與界面層形成進(jìn)而對電池整體性能提升；所述助溶劑包括三氟化硼基絡(luò)合物，能夠使得硝酸鹽溶解在酯類溶劑中，拓寬硝酸鹽添加劑的適用范圍。本發(fā)明鋰二次電池電解液在搭配常規(guī)NCM三元材料組裝的金屬鋰電池以及硅基負(fù)極鋰離子電池時表現(xiàn)出高的可逆比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，是一種能夠適用于新型高比能量鋰二次電池體系的實用電解液。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰二次電池電解液及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰二次電池作為一種新型綠色的能量存儲器件，因其具有較高的工作電壓，大的比容量，較長的循環(huán)壽命，較低的自放電率等優(yōu)點而在3C消費電子、電動汽車等領(lǐng)域大放異彩。隨著這些應(yīng)用的不斷發(fā)展，以及社會需求的升級，人們對于鋰二次電池的各方面性能指標(biāo)，尤其是能量密度和循環(huán)壽命提出了更高的要求。

由于絕大多數(shù)常用的負(fù)極的工作電位極低，因此在電池化成的過程中，處于工作電位的負(fù)極會與電解液直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成電子的消耗和副產(chǎn)物的生成。這些副產(chǎn)物在負(fù)極表面不斷堆積形成一層致密的膜，即固體電解質(zhì)層（SEI），最終實現(xiàn)了對電子傳輸?shù)淖钄啵瑫r能夠傳導(dǎo)鋰離子，從而為電池的穩(wěn)定循環(huán)提供了可能。為了實現(xiàn)致密的SEI的生成，合理的設(shè)計電解液組分，可控的調(diào)整其在負(fù)極表面形成的產(chǎn)物的種類，結(jié)構(gòu)和形貌就顯得十分重要。

負(fù)極表面SEI的主要成分均來自于電解液。為了形成更加穩(wěn)定的SEI以防止負(fù)極表面直接與電解質(zhì)接觸發(fā)生副反應(yīng)，許多研究工作提出了不同的添加劑來實現(xiàn)對SEI的改性，其中常用的添加劑包含氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸亞乙烯酯（VC）、硝酸鹽等，其中以硝酸鋰為代表的硝酸鹽的引入誘導(dǎo)形成富含Li₃N的穩(wěn)定SEI從而實現(xiàn)循環(huán)性能的提升，因此被廣泛用于金屬鋰電池體系。

此外，人們提出使用更高理論比容量的硅基負(fù)極材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)石墨負(fù)極材料（常溫下硅的理論容量為3579mAh/g，而石墨為372mAh/g），但硅基負(fù)極材料的電導(dǎo)率較低，并面臨嚴(yán)重的體積膨脹問題。后者一方面導(dǎo)致負(fù)極活性材料與集流體之間的接觸變差，另一方面也會造成負(fù)極表面的固態(tài)電解質(zhì)界面層在合金化膨脹的過程中發(fā)生破裂與再生長，致使副反應(yīng)增多，庫倫效率降低，嚴(yán)重降低了硅基負(fù)極電池的循環(huán)性能。

目前商用的電解液主要是基于碳酸乙烯酯（EC）的酯類電解質(zhì)，這種電解質(zhì)在早期對石墨負(fù)極表現(xiàn)出相對于碳酸丙烯酯（PC）更好的成膜性質(zhì)，避免了溶劑分子共嵌入問題，使得基于石墨負(fù)極的鋰離子電池能夠穩(wěn)定循環(huán)而得到的廣泛的研究和應(yīng)用，相比于研究領(lǐng)域常用的醚類電解質(zhì)具有更好的正極抗氧化能力。但其無法溶解硝酸鹽，因此無法形成富Li₃N的SEI以實現(xiàn)穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述問題，本發(fā)明提出了一種鋰二次電池電解液，并將其應(yīng)用于鋰二次電池中。本發(fā)明提出的鋰二次電池電解液能夠使得硝酸鹽添加劑充分溶解在酯類電解質(zhì)中，有效地在負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，進(jìn)而促使整個電池體系在循環(huán)的過程中表現(xiàn)出較高的庫倫效率和較長的循環(huán)壽命，同時對可逆容量也有一定的提升，可以有效提高儲能體系的能量密度，具有較好的應(yīng)用前景。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個目的在于提出一種鋰二次電池電解液，包括：基礎(chǔ)電解液、硝酸鹽添加劑和助溶劑；所述基礎(chǔ)電解液包括鋰鹽和酯類溶劑，以及可選的基礎(chǔ)電解液添加劑，所述助溶劑包括三氟化硼基絡(luò)合物，三氟化硼基絡(luò)合物為如式（i）、式（ii）或式（iii）所示化合物中的至少一種：

其中，式（i）中，R₁、R₂分別獨立的為C1～C50的烷基、C3～C50的環(huán)烷基、C2～C50的烯基或者C6～C50的芳基中的任一種；