[发明专利]一种含环状化合物的高电压电池用电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种含环状化合物的高电压用电解液及其制备方法和应用，所述高电压用电解液包括碱金属盐、有机溶剂和环状化合物，所述环状化合物选自取代或未取代的环氧烷烃、取代或未取代的呋喃类化合物；所述取代的取代基包括卤素、环氧乙烷基团、碳酸乙烯酯基团、硅氧烷基团、硼烷基团或离子液体基团，通过在常规的电解液中引入上述具有特定结构的小分子环状化合物作为溶剂组分之一，利用上述小分子环状化合物在高电压下会发生开环反应，进而对正极颗粒进行包覆和保护，可以有效避免在高电压的作用下正极颗粒尺寸的变化而造成对结构的破坏，从而进一步提高了采用所述高电压用电解液制备得到的高电压电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种含环状化合物的高电压电池用电解液及其制备方法和应用。

背景技术

可充电式碱金属离子二次电池因为具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优势逐渐在新能源汽车、规模储能和电子产品等领域扮演着越来越重要的作用；然而，碱金属离子电池的电极材料的比容量逐渐达到理论极限，能量密度的提升遇到瓶颈，亟待通过新的方案来解决。

目前，为了进一步提高碱金属离子二次电池的能量密度，最有前景的策略是提高主流正极的截止电压或探索新型高容量和高压的正极材料，以及采用Si/Si-C或锂金属代替石墨负极。其中，通过提高充电截止电压是最为直接有效的提高能量密度的方式。CN113782718A公开了一种高电压锂离子电池材料、锂离子电池及其制备方法，所述高电压锂离子电池材料包括内核高电压本体材料和外壳掺杂氟化碳层，该发明还提供了该电池材料的制备方法，将碳源溶解于极性有机溶剂中，形成反应溶液；在搅拌过程中加入高电压本体材料，控制反应液温度和时间，离心洗涤得到具有均匀有机框架材料包覆层的中间相Ⅰ；再将中间相Ⅰ在氮气中高温碳化，冷至室温，得到多孔碳层包覆的高电压本体材料；随后置于反应釜中干燥，通入氟气和氮气的混合气体，进行氟化反应，真空干燥后即可；该发明利用氟化碳在充放电过程中发生嵌锂反应，从而生成导电性碳和氟化锂，导电性碳的生成有利于提高材料的导电性，从而提高材料的电化学性能。

而现有的商业电解液大多为碳酸乙烯酯(EC)基电解液，拥有较好的成膜效果和倍率性能，但是由于其阳极稳定性相对较低，约为4.3V，无法承受高压正极，且这种电解液的抗氧化性较差，解决的办法之一就是通过原位形成的正极电解质界面(CEI)层和负极上的固体电解质界面(SEI)层来提升高电压锂电池的电化学性能。然而，现有的技术方案多数通过重新设计新的电解液溶剂体系，去掉商业化使用最广的EC基碳酸酯类溶剂，在成本和综合性能上均存有不足，难以规模应用，无法形成对现有商业电解液的替代。

因此，开发一种可有效改善电极界面稳定性，进而可以有效提高电池的电化学性能的高电压电池用电解液，是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含环状化合物的高电压电池用电解液及其制备方法和应用，所述高电压电池用电解液通过在现有电解液中引入特定的小分子环状化合物，利用其在高电压下的开环反应产生链式复合保护层对正极颗粒进行包裹和保护，有效避免了正极颗粒与电解液的直接接触，提高了正极界面的稳定性，进而提高了高电压电池的电化学性能，特别是循环稳定性，具有很高的应用价值。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种含环状化合物的高电压电池用电解液，所述高电压锂电池用电解液包括碱金属盐、有机溶剂和环状化合物；

所述环状化合物选自取代或未取代的环氧烷烃、取代或未取代的呋喃类化合物；

所述取代的取代基包括卤素、环氧乙烷基团、碳酸乙烯酯基团、硅氧烷基团、硼烷基团或离子液体基团。

本发明所述“高电压电池”指的是成型后的电池在化成时采用不低于3.5V的高截止电压进行化成得到的电池。