[發明專利]一種改善電池高溫性能的電解液及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202210534200.X
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114759260B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 尚德華;王亞飛
• 申請（專利權）人: 傲普（上海）新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 蘇州一號院知識產權代理有限公司 32513
• 代理人: 陸華君

本發明涉及一種改善電池高溫性能的電解液及鋰離子電池，所述電解液包括2％?20％的鋰鹽、0.1％?10％的第一添加劑、0.1％?10％其他添加劑、以及70％?90％的非水有機溶劑。所述鋰離子電池包括正極、負極、隔膜和所述電解液。采用本發明的電解液制作鋰離子電池可以提升鋰離子電池的高溫循環穩定性；并且不影響鋰離子電池常溫性能的發揮；還可以降低鋰離子電池高溫下的內阻。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其是一種改善電池高溫性能的電解液及鋰離子電池。

背景技術

隨著經濟的發展和科技的進步，人們的生活方式也發生了翻天覆地的變化，隨之而來的環境問題也愈發嚴重。目前，國家大力發展清潔能源，以此來取代傳統的化石能源。因此，鋰離子電池的發展也取得了歷史性的成就。鋰離子電池是一種可重復使用的化學電源，由正極、負極、隔膜、電解液等組成，與傳統電池相比，鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、工作電壓高、使用方便、清潔無污染等顯著特點，因此被廣泛應用于電動汽車、消費電子、儲能、軍工、航空航天、醫療等領域。隨著鋰離子電池應用范圍的拓展，人們對鋰離子電池的性能提出了更高的要求，特變是在一些高溫、極寒、太空、深海等極端環境下的使用。

鋰離子電池在高溫環境下，正極材料中的過渡金屬元素溶出，會催化電解液發生副反應，并在負極端沉積，增大電池的阻抗，使電池性能迅速劣化，同時電池會釋放大量熱量，導致電池熱失控，引發起火、爆炸等一系列安全問題。

目前，解決鋰離子電池高溫安全問題的方法主要分為三種。第一，在電池設計時增加防爆閥和使用PTC(正溫度系數)元器件，以此來降低電池溫度過高時發生起火、爆炸的風險。這種方法雖然能在一定程度上降低電池熱失控的概率，但不能從根本上杜絕熱失控的發生，而且會加大電池設計難度、增加電池組件的成本，還會降低電池的能量密度。第二，對電極材料進行改性。對正極材料進行體相摻雜，提高正極材料的結構穩定性，阻礙正極過渡金屬元素的溶出，降低電池副反應的發生；還可以對正極材料進行包覆處理，從根本上隔絕正極材料和電解液的直接接觸，避免電池內部副反應的發生。這種方法雖然能很大程度降低電池熱失控的發生，但是會增大材料的制備難度和增加電極材料的制造成本。第三，可以優化電解液體系，使用高閃點的有機溶劑，降低高溫下電池內部的壓力，提升電池爆炸、燃燒的風險；還可以使用一些高溫、阻燃等電解液添加劑，提升電池高溫下的循環穩定性和安全性能。對電解液進行優化雖能一定程度解決電池高溫及安全性問題，但會增加電池的生產成本，而且常規添加劑是在高溫時在電極表面聚合，從而阻斷電池的充放電，聚合過程是不可逆過程，電池經歷高溫后雖不會出現安全問題，但是也不能夠再次使用。

綜上所述，開發一款提升電池高溫性能的電解液顯得尤為重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種改善電池高溫性能的電解液及鋰離子電池。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種改善電池高溫性能的電解液，包括2％-20％的鋰鹽以及0.1％-10％的第一添加劑；

所述第一添加劑的結構通式為：

式中R為直鏈烷基-C_n或烷基磺酰亞胺鋰基-N(Li)SO₂-M；

n為1-6的整數，M為氟或三氟甲基。

作為本發明的電解液進一步的優化方案，所述直鏈亞烷基-C_n-上的一個或多個氫原子為以下取代基所取代：氟、三氟甲基、三氟甲氧基、氰基、氟磺酰基、氟磺酸基、三氟甲磺酰基、三氟甲磺酸基、氟(磺酰亞胺鋰基)磺酰基、氟(磺酰亞胺鋰基)磺酸基、三氟甲基(磺酰亞胺鋰基)磺酰基、三氟甲基(磺酰亞胺鋰基)磺酸基、磺酸鋰基、苯基、氟代苯基、三甲基硅基、三氟甲基硅基、氟代環三磷腈基、異氰酸酯基。