[发明专利]一种富锂锰基锂电池高压电解液添加剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种富锂锰基锂电池高压电解液添加剂及其制备方法。该电解液添加剂，制备原料包括：氟代碳酸乙烯酯、1，3‑丙烷磺酸内酯、苯基乙烯砜和硼酸三(2，2，2‑三氟乙基)酯。能够满足电解液工作温度范围、电导率等多方面的要求。上述富锂锰基锂离子电池高压电解液，减少了市面上常用的高熔点溶剂EC(熔点35‑38℃)的含量，增大了低熔点的共溶剂EMC(熔点‑55℃)的含量，大幅拓宽了电解液的工作温度范围。解决了富锂锰基正极材料首次不可逆容量衰减严重，循环稳定性和倍率性能不理想的问题。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种富锂锰基锂电池高压电解液添加剂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环性能好、储存时间长、自放电小等优点，广泛应用于3C电子产品、便携式电子设备、电动汽车和航天航空领域，有望逐步替代传统储能装置，如铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。目前，研究较多的正极材料包括锰系、镍系、钴系和钒系。

对于开发新一代的高性能锂离子电池体系而言，有效的途径之一是采用高电压的正极和高容量的负极材料，并开发与之相匹配的高压电解液和高性能隔膜，该类电池体系简称为高压锂离子电池。

针对正极材料，富锂锰具有放电比容量高(高于250mAh/g)、原材料丰富和环境友好等优点，被认为是最具发展潜力的锂离子电池正极材料。但充放电循环过程中，富锂锰材料会发生过渡金属离子混排，即Li层被其他金属离子占据，导致层状结构向尖晶石结构转变，不仅增加Li⁺迁移的动力学，而且减少了Li⁺嵌入/脱出的位置，导致富锂锰基正极材料首次不可逆容量衰减严重，循环稳定性和倍率性能也不理想。

针对高压电解液，虽然提高电池的工作电压可以提高能量密度，然而当工作电压超过4.3V时，目前所使用的电解液会发生严重的氧化分解，导致电极/电解液之间的界面阻抗增加，电池性能恶化，因此高压电解液是构筑高压锂离子电池体系的核心。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种富锂锰基锂电池高压电解液添加剂及其制备方法。

根据本发明第一方面实施例的一种富锂锰基锂电池高压电解液添加剂，制备原料包括：氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、苯基乙烯砜和硼酸三(2，2，2-三氟乙基)酯。

根据本发明的一些实施方式，所述制备原料中，氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、苯基乙烯砜和硼酸三(2，2，2-三氟乙基)酯的质量比为(1～5)：(0.5～2)：(0.5～1.5)：(0.1～1)。

根据本发明的一些实施方式，氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、苯基乙烯砜和硼酸三(2，2，2-三氟乙基)酯的质量比优选8:2:2:1。

上述电解液添加剂中，引入了苯基乙烯砜(Phenyl Vinyl Sulfone，简称PVS)，PVS的具体作用机制为：(1)分子中的双键赋予PVS优先氧化性；(2)分子中的芳环结构可以保证界面膜的化学稳定性；(3)分子中的硫赋予界面膜离子导电性。综合这三个方面的优势，添加剂PVS在层状富锂氧化物上构建了保护性的正极界面膜，能够改善电池的循环稳定性和倍率性能。

引入了硼酸三(2，2，2-三氟乙基)酯(TTFEB)，TTFEB能够降低正极/电解质中间层含锂无机物的含量，使正极材料表面Mn⁴⁺的还原最小化，抑制副产物生成和表面膜的生长，减少循环过程中的电池极化。另外，生成的薄膜可以抑制过渡金属溶解，提高电池的放电容量和库仑效率并延长电池循环寿命。

通过氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯、苯基乙烯砜和硼酸三(2，2，2-三氟乙基)酯的合理配比，实现了物质的协同作用。