[发明专利]一种高电压锂离子电池电解液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高电压锂离子电池电解液及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池因其比能量高、循环寿命长等优点而成为目前发展最快亦最受重视的新型高能蓄电池。近年来，便携式电子设备得到快速发展，但硬件配置的攀升，屏幕尺寸的增大，功能的多样化等方面对锂离子电池的能量密度提出越来越高的要求。目前为了提高锂离子电池的能量密度，研究者们主要通过开发高容量、高工作电压(大于4.2V)的正极材料，如提高锂钴复合氧化物、锂锰复合氧化物的工作电压(大于4.2V)，开发高工作电压的锂镍锰复合氧化物等。然而，这些正极材料在高工作电压条件下容易发生结构改变，过渡金属发生溶解并在负极上沉积，另外常规有机电解液在高电压下更容易发生分解，这些因素导致了高电压锂离子电池性能的恶化。

为了解决以上问题，人们通过对正极材料进行表面包覆或掺杂来提高高电压锂离子电池的循环稳定性。但是这些方法通常会伴随着电池克容量的损失，而且改性方法复杂工艺繁琐，增加生产成本。

通过开发新型电解液取代目前常用有机碳酸酯电解液是实现高电压锂离子电池商用化的途径之一，如砜类溶剂和氟代溶剂类电解液。然而，这些电解液虽然提高了电解液的抗氧化能力，但是砜类溶剂与电极的兼容性差，并且该类电解液的离子电导率较低。而氟代溶剂电解液在电池充放电过程中，氟代溶剂在负极表面形成的SEI膜会逐渐增厚引起电池内阻增加，另外氟代溶剂电解液在循环过程中产气较严重，容易引起电池的膨胀。与此同时，锂离子电池电解液功能添加剂的应用由于方法简单，效果显著，成本低廉等优点受到了广泛研究者的关注。如联苯、噻吩、甲烷二磺酸亚甲酯和腈类有机物等。然而对高电压锂离子电池电解液添加剂的研究较少，而且目前的添加剂大部分毒性较大，影响其生产上的应用。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高电压锂离子电池电解液。

本发明的另一目的在于提供上述高电压锂离子电池电解液的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述高电压锂离子电池电解液的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高电压锂离子电池电解液，包括有机溶剂、导电锂盐和功能添加剂；所述有机溶剂由环状碳酸酯溶剂、氟代溶剂和线型碳酸酯溶剂组成；所述高电压锂离子电池电解液中氟代溶剂的含量为0.1～40wt.％，功能添加剂的含量为0.01～5wt.％；所述导电锂盐在有机溶剂中的浓度为0.8～1.5mol/L。

优选的，所述高电压锂离子电池电解液中氟代溶剂的含量为10～30wt.％，功能添加剂的含量为2～5wt.％；所述导电锂盐在有机溶剂中的浓度为1.0～1.2mol/L。

优选的，所述功能添加剂包括丙烯基-1,3-磺酸内酯(PES)和/或碳酸乙烯亚乙酯(VEC)。

优选的，所述氟代溶剂是结构式为的氟代碳酸酯、结构式为的氟代碳酸酯和结构式为的氟代醚中的至少一种；其中R₁～R₆均为C_xF_yH_z，1≤x≤6，y>0，z≥0。C表示碳原子，F表示氟原子，H表示氢原子。

优选的，所述环状碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和γ-戊內酯中的至少一种。

优选的，所述线型碳酸酯溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯和碳酸甲丙酯中的至少一种。

优选的，所述导电锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiSO₃CF₃、LiClO₄、Li(CF₃SO₂)₂N和LiC(CF₃SO₂)₃中的至少一种。

上述高电压锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：将环状碳酸酯溶剂、氟代溶剂和线型碳酸酯溶剂混合后纯化除杂、除水；然后在室温条件下，将导电锂盐溶解在有机溶剂中，并搅拌均匀；最后加入功能添加剂，即得所述高电压锂离子电池电解液。

上述高电压锂离子电池电解液在制备高电压锂离子电池中的应用。