[发明专利]富锂锰基正极材料体系电池用电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种富锂锰基正极材料体系电池用电解液及锂离子电池，所述电解液包括溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、噻吩‑2‑甲氧基硼酸频哪醇酯和二(2,2,2‑三氟乙基)碳酸酯。本发明的电解液应用于富锂锰基锂离子电池，可以改善电解液与正负极的界面相容性，提高锂离子电池的高温高压循环性能。并且制备方法简单，易于工业化，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的，涉及一种富锂锰基正极材料体系电池用电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池电解液是锂离子电池中的重要组成部分，传统的锂离子电池材料正极采用的是钴酸锂，负极采用的是石墨，提高这类锂离子电池能量密度的方式通常通过提高电池的工作电压来实现，而高的工作电压将会导致电解液的快速分解以及钴酸锂材料结构的破坏，使得电池循环寿命大大降低，很难满足实际使用需求。大量的研究证实，开发高能量密度锂离子电池最有效的途径之一是使用更高容量正极材料替代现有的钴酸锂材料。富锂锰基正极材料xLi2MnO3(l-x)LiMO2(M＝Mn、Ni、Co等)是近年来新兴的一种高容量正极材料，具有固溶体结构，其比容量大(250～280mAh/g)、理论能量密度高(900Wh/kg)、循环寿命长、成本低、污染小等优点，成为目前各国竞相开发的热点正极材料，工作电压最高可达4.6V，远高于目前的三元镍钴铝和镍钴锰材料。

但是富锂锰基正极材料也存在着短板，例如：不可逆容量高、循环性能差、放电电压衰降、容量衰减等。原因主要有两方面：一方面由于其工作电压在4.6V以上，传统的碳酸酯有机溶剂和六氟磷酸锂电解液体系在高电压下容易氧化分解，且材料中的Ni3+可进一步促进有机溶剂提前氧化分解，副产物LiF等无机物附着在正极表面，随着循环的增加，正极表面膜不断增厚，严重影响了Li+的迁移，降低了电导率，导致材料的循环性能变差，再者，副产物HF会腐蚀材料，使材料溶解失效；另一方面，随着循环次数的增加，材料的结构逐渐由层状转变为尖晶石结构，材料发生破裂，最终导致放电容量严重衰减。其中，限制富锂锰基材料应用的关键因素之一是电解液的耐高压特性仍难以满足要求，电池循环较差。

针对这些问题，有效的方法之一是开发与之相匹配的电解液，具体实现手段主要是：通过向电解液中引入功能添加剂，实现在电极表面构建优良的固体界面膜(SEI膜)，构建优良的电极/电解液界面膜从而在不影响循环寿命的前提下提高电池的工作电压。

CN106532120A公开了将吡啶硼酸频哪醇酯化合物和苯硼酸频哪醇酯类化合物作为正负极成膜添加剂应用于锂离子电池电解液中，但当将其应用于富锂锰基锂离子电池中，高压性能不理想。

CN107331892A通过在电解液中添加了苯基硼酸频哪醇酯类、吡啶硼酸频哪醇酯类、烷基硼酸频哪醇酯类、烯烃基硼酸频哪醇酯类化合物，在正极材料表面聚合成膜，阻止电解液在正极表面发生副反应，保护溶剂在高电位下不被氧化分解，延长电池寿命。然而该类添加剂不仅所形成的膜阻抗较大，高温高压下电池并不能体现出较好的性能。上述添加剂对于改善富锂锰基正极材料在高温循环性能及储存性能上仍不够理想，在高温高压条件下添加剂形成的CEI膜很容易破损，因此，有必要开发新的电解液添加剂来进一步提高富锂锰基正极材料体系锂离子电池的高温高压循环性能。

发明内容

本发明主要是针对富锂锰基正极材料体系锂离子电池在大于4.8V的高电压循环性能较差的问题，提供一种能提高富锂锰基正极材料体系锂离子电池首效和高电压高温循环性能的电解液解决方案。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种富锂锰基正极材料体系电池用电解液，所述电解液包括溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、噻吩-2-甲氧基硼酸频哪醇酯和二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯。

优选地，以溶剂和电解质锂盐的质量之和为100％计，所述氟代碳酸乙烯酯在所述电解液中的质量百分含量为2.0％～5.0％。