本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種耐高壓電解液及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因具有比能量高、無記憶效應(yīng)及循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)而普遍應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等3c消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，此外，隨著新能源汽車的飛速發(fā)展，鋰離子電池在動(dòng)力和儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越普遍。而隨著電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的增加，對動(dòng)力電池的能量密度要求也越來越高，而提升鋰離子電池的工作電壓是增大電池能量密度的重要途徑之一。

2、目前，已經(jīng)開發(fā)出了多種高電壓的正極材料，但常規(guī)電解液在高電壓下容易與正極材料表面發(fā)生副反應(yīng)，影響高電壓正極材料性能的發(fā)揮，極大地限制了高電壓鋰離子電池的應(yīng)用。因此，開發(fā)與高電壓正極材料匹配的新型電解液顯得尤其重要。以鎳鈷錳為正極材料能夠有效使得正極材料脫出更多的鋰離子，從而提供瞬時(shí)大功率并放出更多能量，對于需要減輕負(fù)載同時(shí)大功率放電的設(shè)備是優(yōu)良的選擇，目前商業(yè)電解液中主要以碳酸酯類有機(jī)物作為電解液溶劑，常規(guī)碳酸酯溶劑與六氟磷酸鋰組成的電解液體系在4.2v(vs.li/li+)以上便會(huì)發(fā)生氧化分解，帶來整個(gè)鋰電池體系性能的下降，因此，開發(fā)耐高壓電解液是提高電池能量密度的必經(jīng)之路。提高電解液溶劑的氧化分解電位，是提高電解液在高電壓條件下穩(wěn)定性最直接的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于六系鎳鈷錳三元正極材料和由氟代溶劑以及有助負(fù)極成膜的第一添加劑、耐高壓的第二添加劑組成的電解液，以滿足以上的使用場景。采用該規(guī)格正極材料以及電解液制備的鋰離子電池，可有效解決現(xiàn)有市場上的很多鋰離子電池在高壓條件放電功率不足、高壓導(dǎo)致電解液分解而產(chǎn)氣，容量不可逆損失等問題。

2、本發(fā)明提出的一種耐高壓電解液，包括鋰鹽、溶劑、添加劑。

3、優(yōu)選地，所述的鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的一種或多種。

4、優(yōu)選地，所述的鋰鹽的濃度為0.5～1.5m。

5、優(yōu)選地，所述的鋰鹽的質(zhì)量占耐高壓電解液總質(zhì)量的8％～12.5％。

6、鋰鹽的種類、質(zhì)量范圍、摩爾濃度范圍的進(jìn)行合適的選擇使其提供適量的鋰源，與溶劑協(xié)同作用，提升耐高壓性能。

7、優(yōu)選地，所述的溶劑包括氟代溶劑、其他溶劑。

8、溶劑的種類控制含氟代有助于控制高電壓條件的有機(jī)溶劑氧化分解，常規(guī)電解液中碳酸酯在該電壓范圍內(nèi)不可逆分解。

9、優(yōu)選地，所述的溶劑的質(zhì)量占耐高壓電解液總質(zhì)量的65％～80％。

10、更優(yōu)選地，所述的氟代溶劑、其他溶劑的質(zhì)量比為(20-30)：(70-90)。

11、更優(yōu)選地，所述的氟代溶劑選自氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸甲乙酯、氟代碳酸二乙酯中的一種或多種。

12、氟原子具有很強(qiáng)的電負(fù)性和弱極性，氟取代氫會(huì)有效提高溶劑的氧化分解電位，氟代溶劑比常規(guī)碳酸酯溶劑的氧化分解電位更高，使電解液在高的工作電位下不被分解，從而保證更高的工作電壓電池體系穩(wěn)定運(yùn)行?；诖耍蓪?shí)現(xiàn)高電壓電池的工作，提高電池能量密度。

13、更優(yōu)選地，所述的其他溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯中的一種或多種。

14、溶劑的作用在于溶解電解液中的溶質(zhì)，控制鋰離子電導(dǎo)率的同時(shí)，減小高溫條件的產(chǎn)氣及低溫條件的凝固。

15、優(yōu)選地，所述的添加劑包括負(fù)極成膜添加劑、耐高壓添加劑。

16、更優(yōu)選地，所述的負(fù)極成膜添加劑的質(zhì)量占耐高壓電解液總質(zhì)量的0.1％～5％。

17、更優(yōu)選地，所述的耐高壓添加劑的質(zhì)量占耐高壓電解液總質(zhì)量的0.1％～5％。

18、負(fù)極成膜添加劑、耐高壓添加劑的質(zhì)量在一定范圍內(nèi)有助于減少長時(shí)間循環(huán)后期正、負(fù)極端活性材料的溶出，同時(shí)避免因添加劑過多形成過厚的界面膜導(dǎo)致界面阻抗增加而引起的電性能劣化。

19、更優(yōu)選地，所述的負(fù)極成膜添加劑選自碳酸亞乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、磷酸三甲酯、甲基膦酸二甲酯、六甲基二硅氮烷、甲基二磺酸甲酯、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、硫酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、碳酸亞乙酯中的一種或多種。

20、選擇負(fù)極成膜添加劑的種類有助于形成與修復(fù)有效的界面阻抗膜，這有利于負(fù)極表面的鋰離子脫嵌與嵌入。

21、更優(yōu)選地，所述的耐高壓添加劑包括以下結(jié)構(gòu)式化合物其中r1、r2、r3獨(dú)立地選自h、c1～c12烷基、c1～c12烷氧基、胺基、雜環(huán)基中的一種或多種。

22、耐高壓添加劑的作用在于優(yōu)化電極與電解液之間的界面，減少高壓條件下正負(fù)極活性材料端與有機(jī)電解液的直接接觸，另外減少高電壓條件下活性材料的溶出，提高電池的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。

23、更優(yōu)選地，所述的雜環(huán)基的雜原子選自氧、氮中的一種或多種。

24、本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜，還包括上述提及的電解液。

25、優(yōu)選地，所述的正極片中的正極材料為鎳鈷錳三元正極材料，鎳含量大于60％且小于75％。

26、鎳含量在一定范圍內(nèi)可有效提升電池的高電壓性能同時(shí)有效減少過渡活性金屬溶出。

27、優(yōu)選地，所述的負(fù)極片中的負(fù)極材料為含碳材料、硅、硅碳、硅氧、鐵酸鹽、氮化物和合金材料中的一種或多種。

28、本發(fā)明的有益效果在于：

29、本發(fā)明提供的耐高壓電解液應(yīng)用于鎳鈷錳鋰離子電池中，有助于提高電池能量密度。由于鎳鈷錳材料比容量高具有非常大的應(yīng)用潛力，但是鎳鈷錳材料的工作電壓較高，碳酸酯類溶劑很難滿足要求，在循環(huán)過程中材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、電壓平臺(tái)下降、過渡金屬溶出等問題限制其應(yīng)用。然而，氟原子具有很強(qiáng)的電負(fù)性和弱極性，氟取代氫會(huì)有效提高溶劑的氧化分解電位，本發(fā)明選用氟代碳酸酯比常規(guī)碳酸酯溶劑的氧化分解電位更高，使電解液在高的工作電位下不被分解，從而保證更高的工作電壓電池體系穩(wěn)定運(yùn)行?；诖?，可實(shí)現(xiàn)高電壓電池的工作，提高電池能量密度。本發(fā)明所述“耐高壓電解液”指：電壓達(dá)到4.45v。注入該電解液的三元鋰離子電池高電壓性能得到提升，有助于提高鋰離子電池能量密度，同時(shí)減少高電壓條件下溶劑不可逆氧化帶來的容量損失。

技術(shù)特征：

1.一種耐高壓電解液，其特征在于，包括鋰鹽、溶劑、添加劑，所述的添加劑包括負(fù)極成膜添加劑、耐高壓添加劑；所述的耐高壓添加劑包括以下結(jié)構(gòu)式化合物其中r1、r2、r3獨(dú)立地選自h、c1～c12烷基、c1～c12烷氧基、胺基、雜環(huán)基中的一種或多種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓電解液，其特征在于，所述的溶劑包括氟代溶劑、其他溶劑；所述的氟代溶劑選自氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸甲乙酯、氟代碳酸二乙酯中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓電解液，其特征在于，所述的溶劑的質(zhì)量占耐高壓電解液總質(zhì)量的65％～80％。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐高壓電解液，其特征在于，所述的其他溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓電解液，其特征在于，所述的鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓電解液，其特征在于，所述的負(fù)極成膜添加劑的質(zhì)量占耐高壓電解液總質(zhì)量的0.1％～5％；所述的耐高壓添加劑的質(zhì)量占耐高壓電解液總質(zhì)量的0.1％～5％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓電解液，其特征在于，所述的負(fù)極成膜添加劑選自碳酸亞乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、磷酸三甲酯、甲基膦酸二甲酯、六甲基二硅氮烷、甲基二磺酸甲酯、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、硫酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、碳酸亞乙酯中的一種或多種。

8.一種鋰離子電池，其特征在于，包括正極片、負(fù)極片、隔膜，還包括權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的電解液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種耐高壓電解液及鋰離子電池，涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。一種耐高壓電解液，包括鋰鹽、溶劑、添加劑。所述的添加劑包括負(fù)極成膜添加劑、耐高壓添加劑。所述的溶劑包括氟代溶劑、其他溶劑。氟代溶劑選自氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸甲乙酯、氟代碳酸二乙酯中的一種或多種。本發(fā)明提供的耐高壓電解液制備的電池在高電壓情況下依舊具有較高的放電能量。

技術(shù)研發(fā)人員：李光鑫,梁偉路
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9