[发明专利]一种高能量密度正极材料适配高压电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，尤其是涉及一种高能量密度正极材料适配高压电解液。

背景技术

锂离子电池是一种依靠锂离子在正极和负极之间迁移进行工作的二次电池，锂离子电池具有较高的能量密度，是一种容量大高效的二次电池。追求更高的能量密度是锂离子电池的一个重要发展方向，但是高能量密度锂离子电池发展的一个瓶颈就是一种与高能量锂离子电池电极材料相匹配的高压电解液。目前，常规碳酸酯电解液的体系主要以4.2V为主，对于高能量密度的正极材料，需要能耐更高电压体系的电解液，对于高电压电解液中的溶剂、锂盐和正极界面具有足够的电化学稳定性。常规碳酸酯溶剂与六氟磷酸锂组成的电解液体系在4.5V以上时会发生分解，导致内压增大，温度升高，电池循环性能下降，容量迅速衰减。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种耐高压、具有高电化学稳定性的高压电解液。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高能量密度正极材料适配高压电解液，由有机溶剂、电解质锂盐、正极成膜添加剂和负极成膜添加剂组成，有机溶剂由碳酸酯类与氟代溶剂组成，电解质锂盐由六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂组成，正极成膜添加剂由三（六氟异丙基）磷酸酯和腈类添加剂组成，负极成膜添加剂由1,3-丙烯基-磺酸内酯和碳酸乙烯亚乙酯组成。

氟代溶剂作为共溶剂提高了电解液溶剂体系的耐高压性能，同时氟代溶剂具有高闪点或无闪点的特性，有利于电池在高温、过充等滥用状态下的安全性能；电解质锂盐为六氟磷酸锂与二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）的混合物，采用两种锂盐的协同效应，保证电池的耐高压、高温及循环特性；正极添加剂优先与正极发生反应形成一层导电保护膜，在高压下抑制电解液与正极材材料发生反应，阻止正极金属离子的析出，保护正极的稳定性；负极成膜添加剂可与负极形成稳定致密的SEM膜，进一步提高电池的循环及高温性能。

作为优选，电解质锂盐的浓度为0.9～1.2mol/L；其中六氟磷酸锂摩尔比百分比为10～30%，余量为二氟草酸硼酸锂。

由于六氟磷酸锂热稳定性差，在高温下溶解分解，导致电池性能恶化，采用高温性电解质盐二氟草酸硼酸锂混合使用，二氟草酸硼酸锂分解温度较高，一方面提高电解液的高温稳定性，消除循环过程中HF的影响；另一方面，二氟草酸硼酸锂具有更高的电化学窗口，进一步提高电解液的耐高压特性，采用两种锂盐的协同效应，保证电池的耐高压、耐高温特性。

作为优选，正极成膜添加剂占电解液的质量百分比为0.2～4%，其中腈类添加剂占正极成膜添加剂总质量的50%，余量为三（六氟异丙基）磷酸酯。

作为优选，正极成膜添加剂中的腈类添加剂为丁二腈、己二腈或辛二腈中的一种或多种。

正极成膜添加剂三（六氟异丙基）磷酸酯（HFiP）可优先于电解液溶剂在相对较低的电位下氧化分解，在电极表面形成稳定且均一性好的界面膜，抑制了电解液的分解，保证了电解液组分的稳定性，减少了电极与正极材料之间副反应的发生，维持了电极/电解液界面的稳定性，有利于降低材料在循环过程中的正极膜层阻抗和电化学传荷阻抗，有益于锂离子在循环过程中在电极可逆地嵌入/脱出，有效地改善了高能量密度正极材料的电化学性能；腈类添加剂具有较宽的电化学窗口，良好的热性能，适中的介电常数，常作高添加剂的优选，腈类添加剂可以进一步参与正极成膜，抑制电解液的分解及正极金属离子的溶解，保证电解液和正极材料的的稳定性。

作为优选，负极成膜添加剂占电解液的质量百分比为1～4%。

添加负极成膜添加剂1,3-丙烯基-磺酸内酯（PST），有助于形成阻抗低、稳定性高的负极SEI膜，同时PST可以减少电解液与正负极的反应，有效提高了电解液的耐氧化及耐高温特性；碳酸乙烯亚乙酯（VEC）相对于常规的负极成膜添加添加剂VC，可以形成更致密稳定的SEM膜，具有更好的高温性能。

作为优选，有机溶剂中的碳酸酯类由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙烯酯和碳酸二甲酯组成，其体积比为2～3：4～6：1～2；有机溶剂中的氟代溶剂为氟代碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯或二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯中的一种或多种，其中氟代溶剂与碳酸酯类的体积比为5～20：95～80。

氟代溶剂作为共溶剂提高了电解液溶剂体系的耐高压性能，同时氟代溶剂具有高闪点或无闪点的特性，有利于电池在高温、过充等滥用状态下的安全性能。

因此，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的高压电解液，可以适用4.5～5.0V的充电电压；