[发明专利]一种锂电池电解液及其在锂离子电池中的应用

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂电池电解液及其在锂离子电池中的应用。所述锂电池电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；其中，所述锂盐选自六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种；所述有机溶剂为碳酸酯和氟代溶剂；所述添加剂包括添加剂I和添加剂II，所述添加剂I为苯衍生物和芳香杂环化合物，所述添加剂II为双(乙烯基磺酰)甲烷及其结构类似物。本发明提供的锂电池电解液可以在富锂正极材料表面形成电子电导和离子电导高的表面膜，在保证提高锂离子电池高电压循环稳定性的同时，能够解决氟代溶剂电解液高温产气的问题，兼顾低温放电性能，从而拓宽富锂材料的环境适应性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂电池电解液及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

储能及电动汽车领域均对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求；其中，正极材料的能量密度是限制电池能量密度的关键环节，富锂正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0x1,M＝Mn、Co、Ni)因其比容量高、成本低、对环境友好等优点，成为最有前景的新型正极材料之一。然而，电解液在高电压下容易与正极材料表面发生副反应，造成电池性能下降，这些缺点限制了高比容量正极材料的实际应用。

电解液中的溶剂由于其本身的氧化电位以及纯度不够，导致在高电压下易发生分解反应，可通过筛选新型高电压溶剂以及提高溶剂纯度的方法来提高其抗氧化能力。常见的宽电化学窗口溶剂有腈类溶剂、砜类溶剂、离子液体、氟代溶剂等；其中，氟代溶剂不仅具有宽的电化学窗口且与正负极具有良好的相容性，因此可全部或部分取代碳酸酯溶剂用于高电压电解液，已取得显著效果。CN104934638A以碳酸酯和氟代碳酸酯作为混合溶剂来提高电解液的耐氧化性；CN105720303A将20～44％氟代羧酸酯溶剂应用于4.35V以上的高电压电解液中。然而，电解液大量采用氟代溶剂会带来电池高温储存及高温循环过程中易产气的问题。

同时，在电解液体系中添加高电压添加剂，也是电解液体系提高抗氧化能力重要的方法。常见的高电压添加剂包括：磷基添加剂、硼基添加剂、硫基添加剂和硅基添加剂等。这些添加剂生成的聚合物附着在电极表面，一定程度上可以提高电池的高电压循环性能，但效果不及含氟代溶剂电解液，且会增加电池内阻，对电池倍率性能及低温性能造成负面影响。

因此，开发适用于富锂正极材料且能同时兼顾高低温性能的高电压电解液体系是目前行业亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池电解液，该锂电池电解液是一种能够同时兼顾高低温性能的高电压电解液；本发明的另一目的在于提供该锂电池电解液在锂离子电池中的应用。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种锂电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂；其中，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或几种；所述有机溶剂为碳酸酯和氟代溶剂；所述添加剂包括添加剂I和添加剂II，所述添加剂I为苯衍生物和芳香杂环化合物，所述添加剂II为双(乙烯基磺酰)甲烷及其结构类似物。

本发明发现，选用碳酸酯和氟代溶剂复配的有机溶剂，可以显著提高电解液的氧化分解电压，同时降低电解液的熔点、提高电解液在低温条件下对电极材料及隔膜的浸润性，可有效保证电解液的高电压循环性能和低温性能。本发明还发现，选用包含添加剂I和添加剂II的添加剂，添加剂I在不均衡的高电压点分解形成自由基阳离子，这些自由基离子攻击添加剂II的双键引发聚合反应，在正极表面形成既可导电子又可导离子的表面膜，该表面膜既可以提高电极材料导电性又可以阻止电极活性位点对电解液的催化分解，能够进一步提高富锂正极的高电压循环性能，解决氟代溶剂电解液在高温下产气的问题。此外，特定的有机溶剂、添加剂与特定的锂盐复配后，所得锂电池电解液能够提高锂离子在表面膜中的传输速率、降低传输活化能，从而提高富锂正极的倍率性能和低温性能。