[發(fā)明專利]一種用于鋰電池的高電壓電解液

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• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114156526A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 范修林;呂嶺;陸迪;陳立新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0566;H01M10/0567
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 沈金龍

本發(fā)明公開了一種用于鋰電池的高電壓電解液，屬于鋰電池電解液技術領域。所述的用于鋰電池的高電壓電解液包括鋰鹽、有機溶劑和作為添加劑的硅胺類化合物。其中，所述的硅胺類化合物能夠有效地改善電解液的氧化穩(wěn)定性，還能夠在循環(huán)過程中在正極表面形成穩(wěn)定的、致密的固體電解質界面，從而減少電解液的副反應，改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明將用于鋰電池的高電壓電解液中的鋰鹽、有機溶劑和硅胺類化合物進行特定組合并且進一步優(yōu)化濃度和配比，使添加本發(fā)明的高電壓電解液能夠與高電壓正極具有很好的兼容性，同時實現(xiàn)鋰離子電池較好的循環(huán)穩(wěn)定性和高的庫倫效率。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰電池電解液技術領域，具體涉及一種用于鋰電池的高電壓電解液。

背景技術

可持續(xù)發(fā)展對如今現(xiàn)代社會的發(fā)展十分重要，進入21世紀以后，隨著能源需求量的增加，高昂的成本和化石燃料的余量不足，利用綠色能源解決日益嚴重的生態(tài)環(huán)境的破壞和能源短缺問題，成為現(xiàn)代社會的主要挑戰(zhàn)之一，想要充分地利用這些能源就需要合適的、高效的大規(guī)模儲能系統(tǒng)。鋰離子電池具有較高的能量密度和功率密度、較好的倍率性能、較高的安全性以及較長的循環(huán)壽命等優(yōu)點，被廣泛地應用于便攜式電子設備，如智能手機、數(shù)碼相機和筆記本電腦等市場，并逐步向電動汽車和混合動力汽車領域靠近。雖然鋰離子電池的技術發(fā)展迅猛，目前電動汽車市場逐步拓展，要求鋰離子電池的能量密度也隨之提升。鋰離子電池的能量密度很大程度上取決于電極材料，而對于更具挑戰(zhàn)性的正負極材料體系就需要匹配新型電解液體系。傳統(tǒng)的商用電解液由六氟磷酸鋰和碳酸酯溶劑組成，當電池充電到4.3V及以上時，碳酸酯基電解液很容易在高電壓正極表面氧化分解。因此，需要探索新型的耐高電壓的鋰離子電池電解液體系。

目前，對于應用于高電壓鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰(三元)等正極材料的高電壓電解液添加劑的研究很多，但是都存在明顯的缺點。文獻“A dithiol-based new electrolyteadditive for improving electrochemical performance of NCM811 lithium ionbatteries,Ionics,2020,26:6023-6033.”中提到向碳酸酯基電解液中加入0.1wt.％DDO，LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂/Li紐扣電池在3.0-4.3V電壓范圍內0.3C條件下循環(huán)200圈后顯示僅有75.59％的容量保持率。文獻“Thiophene derivatives as novel functional additivesfor high-voltage LiCoO₂ operations in lithium ion batteries,ElectrochimicaActa，2015,151:429-436.”中向商用電解液中加入0.1wt％的3TH，在充電截止電壓為4.4V，0.25C的倍率下循環(huán)100圈后的容量僅為初始放電容量的84.8％。雖然這些添加劑能夠在正極上形成保護層阻止部分電解液和電極之間的副反應，長期循環(huán)穩(wěn)定性仍無法滿足目前的要求。

另外，雖然有些硅胺類的電解液專利，其電解液的組分以及硅胺類化合物的作用與本發(fā)明截然不同。例如公開號為CN104681867A的發(fā)明專利申請“一種阻燃的鋰離子電池電解液溶劑和電解液及應用”中，公開的六甲基二硅胺烷(HMDSA)與本發(fā)明中的硅胺類電解液添加劑結構完全不同。另外六甲基二硅胺烷在電解液中主要起穩(wěn)定劑作用，其配制的電解液中另外添加了其他類型添加劑，該實施例中采用磷酸鐵鋰正極(充電截止電壓為3.7-4V)，50圈后的最高容量保持率為90.1％。

發(fā)明內容

針對目前商用電解液對鋰離子電池的耐高壓性能差，導致庫倫效率低、容量衰減快等一系列問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高電壓鋰電池的電解液，該高電壓電解液體系與高電壓正極具有很好的兼容性，大大提高了鋰離子電池在高電壓條件下的循環(huán)壽命和庫倫效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：