[发明专利]一种耐高压快充锂离子电池电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，公开了一种耐高压快充锂离子电池电解液及其制备方法和应用。本发明电解液,包括电解质盐、有机溶剂、第一添加剂、第二添加剂，所述第一添加剂为功能锂盐，所述功能锂盐含有氟和/或硼，所述第二添加剂为至少含有一个取代基的苯酚衍生物，所述取代基位于酚羟基的邻位或者对位上，所述第二添加剂的HOMO能级高于电解质盐和有机溶剂。本发明添加剂能够阻止电极电解液界面处的副反应、抑制高电压下正极活性材料的不可逆相变，并且加快充放电过程中Li⁺在界面处的传输，从而提高锂离子电池的循环性能以及倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种耐高压快充锂离子电池电解液及其制备方法和应用。

背景技术

层状锂过渡金属氧化物材料是具有代表性的锂离子电池正极材料，为了提高层状过渡金属氧化物阴极的比容量，需要更高的镍含量。然而，高镍三元正极材料中Ni含量的提高会导致电极-电解质界面不稳定。当充放电电压较高(4V)时,阴极材料和电解液会发生一系列界面反应，导致电池的循环性能和倍率性能迅速下降。其次，在高充电状态下，Ni⁴⁺会沿着锂的扩散通道，从体相迁移到表面，最后与电解液发生副反应转变成NiO，而Ni²⁺与Li⁺的离子半径接近，易造成锂镍混排，形成呈电化学惰性的岩盐相，导致Li⁺的迁移路径堵塞。研究表明，高镍材料在循环后体相和表相的结构是有差异的，内层体相的结构很好的保持着层状结构，而表相已经呈现出岩盐层的结构，而在表相和体相之间存在一个过渡区间，有部分层状结构已经被破坏。

CN 110459804A公开了一种锂离子电池电解液，包括复合锂盐、添加剂和有机溶剂，所述复合锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和三氟甲基磺酸锂的混合物；所述添加剂为苯酚同系物，所述有机溶剂为碳酸酯、羧酸酯或二者的混合。该技术方案认为负极端“固体电解质界面膜”(Solid Electrolyte Interface，简称SEI)，厚度约为100～120nm,是影响负极电化学性能的关键因素，电池正极确实也有层膜形成,但其对电池的影响要远远小于负极表面的SEI膜，通过在电解液中添加苯酚同系物和氟/硼的锂盐添加剂，锂离子电池在首次充电过程中，添加剂通过分子之间的氢键在负极表面形成稳定的网状结构，这样的网状结构使得形成的SEI膜更加致密稳定和完整，提高充放电效率。然而，该技术方案主要是解决负极界面相SEI膜不稳定的问题，并没有涉及正极界面相如高压充电过程中高镍三元材料的相变、倍率等问题。

综上所述，现有技术仍缺少一种能够解决高镍三元正极材料正极电解液界面相的耐高压快充锂离子电池电解液。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种含氟和/或硼的锂盐和苯酚衍生物作为添加剂的电解液，可解决正极-电解液界面膜(CEI)更加致密稳定和完整的问题，还能够解决正极电解液界面处相转变的问题，同时提高锂离子二次电池在高电压条件下的循环性能和倍率性能。本发明的详细技术方案如下所述。

一种耐高压快充锂离子电池电解液，包括电解质盐、有机溶剂、第一添加剂、第二添加剂，所述第一添加剂为功能锂盐，所述功能锂盐含有氟氟元素和/或硼氟元素，所述第二添加剂为至少含有一个取代基的苯酚衍生物，所述取代基位于酚羟基的邻位或者对位上，所述第二添加剂的HOMO能级高于电解质盐和有机溶剂。

HOMO是分子的最高占据轨道，HOMO能级越高，该物质越易失去电子。对电解液而言，HOMO能级可以用来判断各组分在充电过程中的分解顺序，HOMO能级越高的组分，意味着越容易氧化形成正极电解液界面膜，从而阻止后续充放电过程中其他组分与电解液的直接接触，抑制界面副反应。