[發(fā)明專利]一種電解液及其應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110924490.4
• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113675472A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂亮;郭營軍;鈕博翔;張志剛;賴定坤
• 申請（專利權(quán)）人: 湖州昆侖億恩科電池材料有限公司
• 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: 邊人洲

本發(fā)明提供一種電解液及其應用，所述電解液包括鋰鹽、有機溶劑和復合添加劑；所述復合添加劑包括硅烷類化合物、添加劑A和硫酸乙烯酯；所述添加劑A包括二環(huán)己基碳二亞胺和/或磺酰類化合物。該電解液能夠提高硫酸乙烯酯在高溫下穩(wěn)定性、延長保質(zhì)期，應用于鋰離子電池中具有優(yōu)異的循環(huán)性能和高溫存儲性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電解液及其應用。

背景技術(shù)

目前，鋰離子電池由于其能量密度大、循環(huán)壽命長、無記憶效應、綠色環(huán)保等優(yōu)點被廣泛應用于電動汽車、電動工具、家電儲能、兩輪車、3C數(shù)碼、航空航天等領(lǐng)域中，然而隨著電子設(shè)備的不斷更新，人們對鋰離子電池的能量密度、循環(huán)性能、高低溫性能、快充性能、安全性能等提出了更高的要求。

目前，已經(jīng)報道的高電壓正極材料有LiCoPO₄、LiNiPO₄和LiNi_0.5Mn_1.5等，其充電電壓平臺接近或高于5V，但與之匹配的非水有機電解液的發(fā)展嚴重滯后于高電壓正極材料，限制了鋰離子二次電池的應用。常規(guī)的電解液易在電池正負極之間發(fā)生氧化還原分解，產(chǎn)生氣體和副反應物，增加電池內(nèi)部的壓力，增加電池極化和內(nèi)部溫升，特別是在高溫高壓的情況下，電池的安全性和循環(huán)壽命收到嚴重影響。比如，電解液中LiPF₆受熱分解與H₂O發(fā)生反應，反應產(chǎn)物HF會極大破壞負極保護的SEI膜結(jié)構(gòu)，同時導致正極酸度上升，與材料中殘留的堿性成分如LiOH反應，使得正極材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)中金屬離子Mn、Ni、Co的溶出，使得正、負極材料表面惡化，降低電池容量及循環(huán)壽命。

而電解液作為電池正、負極之間起傳導作用的鋰離子傳導介質(zhì)，是鋰離子電池的重要組成部分，號稱鋰離子電池的“血液”，通過對新型添加劑和溶劑的研究來改善電解液的性能，已經(jīng)成為鋰離子電池研究的重要一環(huán)。作為兼顧高電壓，高低溫性能，快充性能都比較優(yōu)異的成膜添加劑硫酸乙烯酯(DTD)，這幾年廣泛應用在電動汽車高電壓、PHEV、3C數(shù)碼高電壓快充、超低溫大倍率軍工等各個領(lǐng)域。例如CN108054431A公開了一種適用于快充體系的電解液，該電解液的添加劑包括成膜添加劑、高溫添加劑和低溫添加劑；其中，所述成膜添加劑包括氟代碳酸乙烯酯FEC、碳酸亞乙烯酯碳酸亞乙酯、丁二腈SN和甲烷二磺酸亞甲酯MMDS的組合；所述高溫添加劑為1,3-丙烷磺內(nèi)酯PS或丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯PST中的任意一種；所述低溫添加劑為硫酸乙烯酯DTD。該發(fā)明的電解液適用于快充體系的鋰離子圓柱電池，能夠顯著提高電池高倍率下的快充循環(huán)性能，同時兼具良好的高低溫性能。CN110137570A公開了一種電解液，所述電解液包括鋰鹽、非水有機溶劑以及添加劑。所述添加劑含有添加劑一和添加劑二，添加劑一為硫酸乙烯酯(DTD)，添加劑二為三甲基氟硅烷，分子式Me₃SiF。該發(fā)明中的鋰離子二次電池使用含上述添加劑組合的電解液，具有較低的低溫直流阻抗(DCR)，較好的低溫充電析鋰窗口和低溫放電性能。

雖然電解液中添加DTD具有優(yōu)異的低溫充放電等性能，但是由于DTD在電解液中熱穩(wěn)定性很差，當環(huán)境溫度超過10℃，開始緩慢分解，溫度越高，分解越加劇，使得電解液需要低溫保存和運輸，保質(zhì)期也大大縮短。除此之外電芯化成工藝上也要做些調(diào)整，增加了運輸和存儲成本同時，對電芯制程工藝造成一定的挑戰(zhàn)。

因此，研究制備出一種提高DTD在高溫下穩(wěn)定性、延長保質(zhì)期，并使得制備出的鋰離子電池具有優(yōu)異的循環(huán)和高溫存儲性能的電解液，具有重要的應用意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電解液及其應用，在該電解液中采用硅烷類化合物，且與添加劑A(二環(huán)己基碳二亞胺和/或磺酰類化合物)進行復配，能夠有效地抑制硫酸乙烯酯(以下簡稱DTD)在高溫下的分解，從而將導致電解液的色度和游離酸酸度上升的問題得到解決，延長了電解液的保質(zhì)期，提升了電解液的品質(zhì)進而提高鋰離子電池高電壓下的高溫循環(huán)性能。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：