[發明專利]一種鋰離子電池電解液及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111133466.5
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113921905A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 邵俊華;李海杰;孔東波;張利娟;王郝為;郭飛;閆國鋒;宋東亮;王亞洲;侯紅歧;謝佳慶;韓飛;喬文忠
• 申請（專利權）人: 湖南法恩萊特新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 王本晉

本發明公開了一種鋰離子電池電解液及其制備方法與應用，該鋰離子電池電解液包括以下制備原料：有機溶劑、鋰鹽和添加劑；所述添加劑包含(乙氧基)五氟環三磷腈、硫酸乙烯酯和六氟鋯酸鋰。本發明的鋰離子電池電解液用于鋰離子電池中，在鋰離子電池正負電極表面均形成了穩定的鈍化保護膜，從而提高了高電壓下鋰離子電池循環性能；同時，降低了電池膨脹率，減小了內阻，提高鋰離子電池的穩定性和安全性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池電解液及其制備方法與應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有高比能量、無記憶效應、循環壽命長等優點被廣泛應用于3C數碼、電動工具、航天、儲能、動力汽車等領域，電子信息技術及消費產品的快速發展對鋰離子電池高電壓以及高能量密度能提出了更高的要求。在鋰離子電池中，高電壓三元正極材料由于能量密度高、環境友好、循環壽命長等優點，被廣泛的應用于手機、筆記本電腦等便攜式電子設備以及電動車、大型儲能裝置中，對電池的能量密度要求越來越高，使得商用三元正極材料鋰離子電池(工作電壓4.4V)難以滿足要求。

目前，研究表明提升三元電極材料能量密度的有效途徑之一是提高電池的工作電壓，這是電池發展的趨勢，也是新能源汽車發展的必然要求。然而三元動力電池工作電壓提高后，電池的充放電循環等性能卻下降。原因可能是：一方面是正極材料在高電壓下不夠穩定，另一方面是電解液與材料的匹配性不佳，普通的電解液在高電壓的條件下會氧化分解，從而導致電池高溫儲存性能差、高溫循環性能差、低溫放電性能差及安全性差。

因此，需要開發一種鋰離子電解液，該電解液在高壓條件下穩定性好。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種鋰離子電池電解液，該電解液在高壓條件下穩定性好。

本發明還提供了上述鋰離子電池電解液的制備方法。

本發明還提供了上述鋰離子電池電解液在制備鋰離子電池中的應用。

本發明第一方面提供了一種鋰離子電池電解液，包括以下制備原料：

所述鋰離子電池電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑；

所述添加劑包含(乙氧基)五氟環三磷腈、硫酸乙烯酯和六氟鋯酸鋰。

根據本發明的至少一種具體實施方式，具備如下有益效果：

本發明所用的(乙氧基)五氟環三磷腈(PFPN)具有腈基官能團，能與電解液中的酸和水反應，降低了電解液中游離酸和水的含量，從而提高了電解液穩定性；同時其分解產生的氟自由基可以從氣相中清除氫自由基以終止燃燒反應。另外，PFPN中乙氧基(-OCH₂CH₃)的存在有利于磷自由基的形成，形成的磷自由基可以有選擇地捕獲在燃燒反應時產生的氫自由基和氧自由基。PFPN先于電解液溶劑氧化分解成膜的特性，有利于提高電解液的高電壓下電化學性能。

本發明中，硫酸乙烯酯作為添加劑加入到電解液中，可對表面SEI膜組分進行修飾，提高硫原子和氧原子的相對含量，硫原子和氧原子含有孤對電子，可以吸引鋰離子，加快鋰離子在SEI膜中穿梭，降低電池界面阻抗，從而有效提升高電壓鋰離子電池的低溫充放電性能。鋰離子電池的低溫充放電性能影響因素包括電解液的電導率低和鋰離子的在負極中的擴散速率慢；形成原因為：在充電過程中由于金屬鋰的沉積，導致電解液的分解生成新的SEI膜，從而導致鋰離子在負極中的擴散速度減慢。在低溫存儲時，鋰離子電池容量有很大的衰減，低溫循環后，重新放置于室溫，其容量亦不能恢復到室溫時的容量。電池的阻抗增大，極化增強，充電過程就會在負極出現鋰金屬沉積，沉積出的鋰與電解液發生還原反應，形成新的SEI膜覆蓋在原來SEI膜上。因此通過該助劑與(乙氧基)五氟環三磷腈配合使用，有效降低了電池的阻抗，提升了鋰離子電池的電性能。