[發明專利]一種適配可快充鈷酸鋰電池的高電壓電解液及其應用

有效

• 申請號: 202111488347.1
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN113889667B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 郭慧芳;李娟;程樹國;管利娜;孟小平;崔文舉;閆曉賓;周亞輝;張俊孝;王福芳;王小華
• 申請（專利權）人: 新鄉華銳鋰電新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 新鄉市挺立眾創知識產權代理事務所(普通合伙) 41192
• 代理人: 林海

本發明公開了一種適配可快充鈷酸鋰電池的高電壓電解液，包含鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括甲基2?噻吩基氰基碳o二硫代亞氨酸酯和甲基(二氟磷酰)甲基氨基甲酸酯。添加劑在LiCoO₂材料表面形成一層均勻致密離子導電性強的保護膜，抑制正極材料中金屬離子的溶出及材料結構的坍塌。在負極石墨界面形成穩定的偏無機形態的低阻抗SEI膜，可以抑制金屬離子在電解液中的自由遷移和還原，降低對電極表面的破壞，通過電解液中各個組分的協同作用，可以使得LiCoO₂正極材料和石墨負極鋰離子電池在高電壓下具有良好的循環性能、快充性能和低溫性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種適配可快充鈷酸鋰電池的高電壓電解液及其應用。

背景技術

鋰離子電池現在已成為便攜式電子設備、電動汽車、電站或電網應用等必不可少的電源。但是，在能量密度、循環壽命、快充性能和工作溫度范圍等方面，其大規模應用仍面臨巨大挑戰。針對電池能量密度的增加，可能的方法是使用高容量電極（正極或負極）材料和高電壓正極材料。鈷酸鋰（LiCoO₂）作為最早商業化的正極材料具有電壓平臺高、壓實密度大的優點，但是常規的鈷酸鋰材料的容量僅為140mAh/g，約為其理論容量的50%，制約了鋰離子電池能量密度的提升。為了進一步提高LiCoO₂電池的能量密度，需要進一步提高充電電壓，特別是提高到4.5 V以上的電壓，使容量增加約25％。提高電壓是提升鈷酸鋰材料容量的有效方法，但是由于Co元素的費米能級與O有重疊，因此充電電壓升高時會導致O^2-的氧化，導致晶格氧的穩定性降低，引起電解液的氧化分解，使得電池性能變差。

另外，目前高能量密度的鈷酸鋰電池無法在不影響電池性能和安全性能的前提下實現快充。針對電池快充問題，電極緩慢的界面鋰離子傳輸動力學性質也極大地制約了鈷酸鋰電池在電子產品和電動汽車等需要快速充電領域的應用。快充在節約了充電時間的同時，也會對電池本身有較大的破壞。由于電池中存在極化現象，其能夠接受的最大充電電流會隨著充放電循環的增加而減小，當持續充電且充電電流較大時，電極處的離子濃度升高，極化加劇，電池端電壓無法與充入的電量/能量直接線性比例地對應起來。同時大電流充電，內阻的增大會導致焦耳發熱效應加劇，帶來副反應，如電解液的反應分解、產氣等一系列問題。

能同時實現高能量密度和高效快充的LiCoO₂電池技術是一個尚未滿足的需求，不穩定的電極/電解質界面被認為是上述問題的主要原因。目前，開發一種可以簡便地，能同時在負極和正極上構建穩定、快鋰離子傳輸的負正極界面保護層的有效方法仍然是欠缺的。

發明內容

本發明的目的是提供一種適配可快充鈷酸鋰電池的高電壓電解液，通過向電解液中加入成膜添加劑及電解質雙鋰鹽，可在負極和正極上構建穩定、快鋰離子傳輸的負正極界面保護層，并在常規碳酸酯類溶劑中加入羧酸酯類溶劑，降低電解液體系的熔點和粘度，從而電解液中各組分之間協同作用使得鈷酸鋰電池在高電壓條件下具有良好的循環性能、快充性能和低溫性能。

本發明提供了一種適配可快充鈷酸鋰電池的高電壓電解液，包含鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括甲基2-噻吩基氰基碳o二硫代亞氨酸酯（CAS號：100477-76-7）和甲基(二氟磷酰)甲基氨基甲酸酯（CAS號：123145-94-8）。

優選的，所述甲基2-噻吩基氰基碳o二硫代亞氨酸酯的質量占電解液質量的0.3%~3.0%。

優選的，所述甲基(二氟磷酰)甲基氨基甲酸酯的質量占電解液質量的0.5%~2.5%。

優選的，所述鋰鹽為四氟硼酸鋰和雙(三甲基硅烷基)磷酸鋰。

進一步的，所述四氟硼酸鋰的質量占電解液質量的7.2%，雙(三甲基硅烷基)磷酸鋰的質量占電解液質量的7.2%。

優選的，所述的非水有機溶劑為碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、丙酸甲酯和碳酸甲乙酯。