[發明專利]一種電池電解液及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202210543564.4
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115051030B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 馬建民;楊雨露
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/0566
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 何世常

本發明公開了一種電池電解液，包括鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，添加劑的質量百分比為1wt％?10wt％，所述添加劑為五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯。鋰鹽濃度為0.8?1.2M。本發明還公開了上述電池電解液的鋰離子電池。本發明采用上述電池電解液及鋰離子電池，能夠解決現有的電解液抗氧化性能弱，易氧化分解的問題；具有更高的庫倫效率和更高的電容保持率，也提高了鋰離子電池的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其是涉及一種電池電解液及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池逐漸替代鉛酸電池、鎳鎘電池成為新一代高能量密度可充電電池。然而，當前的鋰離子電池的能量密度依然不能完全滿足現代化動力設備的需求。

鎳鈷錳三元層狀金屬氧化物正極(LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂)憑借高理論比容量(250mAh/g)以及高工作電壓成為研究熱點，由于商業化石墨負極材料的理論比容量(372mAh/g)遠高于當前正極材料理論比容量，因此，正極材料的儲鋰能力是影響當前電池充放電容量的關鍵因素。

提高充電截止電壓理論上可以提升電池的有效容量，當前商用電解液的主要成分為碳酸酯，其抗氧化性能弱。當電池工作電壓提升至4.5V(vs?Li/Li⁺)及以上電解液會發生氧化分解，導致副反應加劇產生CO₂、H₂O等產物，進而導致電池內阻增加。并且，Li⁺在層狀結構中的過度脫嵌會引起晶體結構不穩定，Li⁺的脫出導致高氧化性Ni⁴⁺增多以進行電荷補償，使得電解液在電極表面發生分解，并且電解液中的H⁺攻擊正極材料表面引起過渡金屬離子溶出，導致界面非均相化學反應的發生。現有的電解液在高電壓的作用下穩定下較差，無法有效的提高電池的有效容量。

通過對電解液的設計優化維持正極材料界面穩定是解決上述問題的有效解決方法之一，作用機理包含兩種：用吸電子基團取代溶劑分子，從而降低其最高占據軌道，提高電解液在高截止電壓下的穩定性；另一類是自犧牲式添加劑，其形成鈍化的CEI膜(正極材料電解質界面膜)可降低電解液與正極表面活性位點的接觸。砜類添加劑、腈類添加劑等功能型添加劑都可以使鋰離子電池電解液具備更高的電化學穩定窗口，但是砜類添加劑熔點高、粘度大；腈類添加劑離子電導率較低，與負極兼容性差；因此也不能有效的解決電解液易氧化分解的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種電池電解液，解決現有的電解液抗氧化性能弱，易氧化分解的問題。本發明的另一個目的是提供一種含有上述電解液的鋰離子電池。

為實現上述目的，本發明提供了一種電池電解液，包括鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，添加劑的質量百分比為1wt％-10wt％，所述添加劑為五氟苯基硼酸或五氟苯乙烯；

五氟苯基硼酸R₁的結構式為：五氟苯乙烯R₂的結構式為：

優選的，所述鋰鹽為LiClO₄、LiBF₄、LiAsF₆、LiPF₆中的一種或幾種的混合物。

優選的，所述鋰鹽為LiPF₆。

優選的，所述鋰鹽濃度為0.8-1.2M。

優選的，所述非水有機溶劑為環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯的混合物，環狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯的體積比為3:7-7:3；環狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯的一種或幾種的混合物，鏈狀碳酸酯為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯中的一種或幾種的混合物。

采用上述電池電解液制備的鋰離子電池，包括電池正極外殼、電池負極外殼、正極材料、負極材料、隔膜和電解液。