一种用于高电压锂离子电池的电解液及高电压锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种用于高电压锂离子电池的电解液及高电压锂离子电池。

背景技术：

1、高电压锂离子电池是目前提高锂离子电池容量的主要途径之一，高电压锂离子电池的电压大于4.2v，最高充电电压可以达到4.5v或以上。高电压锂离子电池的电解液的主要的溶剂体系仍然是以碳酸酯类溶剂为主，如以介电常数大的碳酸乙烯酯(ec)为基础的二元或三元混合溶剂，其中，链状碳酸酯(碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、羧酸酯或醚类为共溶剂。这些常用溶剂具有与锂盐的溶解性好、所组成的电解液电导率高、且能够在正负极形成稳定的sei膜等特点，因而被认为是电解液体系，是电动汽车电池电解液溶剂的最佳选择。不过这些溶剂的易燃特性，使得在未来的使用中，仍然要对高电压锂离子电池的滥用加以限制。

2、锂离子电池防过充主要是防止电池因过充而导致电解液分解发热引发链式反应进而燃烧的危险。在高电压锂离子电池中，其正极工作电势已经高于传统的防过充添加剂联苯的氧化聚合电势，导致高电压锂离子电池的防过充性能不佳。

3、现有常用防过充添加剂联苯对高电压锂离子电池过充时电池表面温度控制的能力有限，渐渐不能满足安全需求，而且联苯的使用会导致高电压锂离子电池的循环性能受到影响。因此，需要开发更多的能够兼顾高电压防过充性能和常温循环性能的电解液，为防过充电解液提供更多的选择，对未来高电压锂离子电池的安全使用及大规模推广利用具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够同时兼顾高电压过充时的安全性能和高电压常温循环性能的适配高电压锂离子电池的电解液。

2、本发明的另一目的是提供一种具有优异的防过充性能以及常温循环性能的高电压锂离子电池。

3、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

4、一种防过充电解液，其包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括具有通式(1)所示结构的2-苯基-吡啶衍生物中的一种或多种，

5、

6、其中，r1和r2分别独立地为h、卤素原子或烷基；r3和r4相连形成环烃。

7、本发明发现通过2-苯基-吡啶衍生物相比联苯具有更高的氧化聚合电势，用于电压大于4.2v的高电压锂电池时，具有更好的方过充效果，甚至能够满足4.5v及以上高电压锂离子电池防过充需要，具有更好的安全性。

8、优选地，通式(1)中，r1和r2分别独立地为h、f、碳原子数为1～4的直链烷基或叔丁基；r3和r4分别独立地为h、f、碳原子数为1～4的直链烷基或叔丁基，或者r3和r4相连形成六元芳香烃。

9、根据一些实施方式，所述的2-苯基-吡啶衍生物为

10、优选地，所述的2-苯基-吡啶衍生物占所述的电解液的总质量的0.5wt％～5wt％。

11、进一步优选地，所述的2-苯基-吡啶衍生物占所述的防过充电解液的总质量的0.5wt％～3wt％。

12、再进一步优选地，所述的2-苯基-吡啶衍生物占所述的防过充电解液的总质量的0.5wt％～2wt％。

13、适量的2-苯基-吡啶衍生物能够在防止电池过充时电解液温度过高的同时对高电压锂离子电池的常温循环性能没有影响。

14、优选地，所述的添加剂还包括占所述的电解液的总质量的0.1～5wt％的其他添加剂，所述的其他添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、丙烯基-1,3-磺内酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,4-丁磺酸内酯、二氟磷酸锂中的一种或多种。

15、上述其他添加剂的加入不会对高电压锂电池的防过充性能造成影响，而且能够进一步提高电压锂电池的常温循环性能。

16、优选地，所述的其他添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯或二氟磷酸锂。

17、优选地，所述的2-苯基-吡啶衍生物和其他添加剂的质量之比为(1～5)：1，例如1：1、2：1、3：1、4：1、5：1。

18、优选地，所述的2-苯基-吡啶衍生物和其他添加剂的质量之和为所述的电解液的总质量的1％～10％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。

19、优选地，所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、无水高氯酸锂、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、二氟二草酸磷酸锂、二氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、二氟二草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、单草酸双氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。

20、优选地，所述的锂盐的浓度为0.6～1.5mol/l，例如0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l、1mol/l、1.1mol/l、1.2mol/l、1.3mol/l、1.4mol/l、1.5mol/l。

21、优选地，所述的非水有机溶剂包括环状酯和/或链状酯，所述的环状酯为γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述的链状酯为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、氟代丙酸甲酯、氟代丙酸乙酯、氟代乙酸乙酯中的一种或多种。

22、进一步优选地，所述的非水有机溶剂为环状酯和链状酯的混合物。

23、再进一步优选地，所述的环状酯与所述的链状酯以质量比为1：(1～2.5)进行混合。

24、更进一步优选地，所述环状酯与所述链状酯以质量比为1：(1.5～2)进行混合。

25、本发明还提供一种高电压锂离子电池，包括正极、负极和电解液，所述的电解液为上述电解液。

26、优选地，所述的正极的材料为锂钴氧材料；所述的负极的材料为石墨材料。

27、优选地，所述的高电压锂离子电池的电压大于4.2v。

28、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

29、本发明通过适量的2-苯基-吡啶衍生物添加剂有效降低高电压锂离子电池过充时电池表面温度，避免燃烧，同时对高电压锂离子电池的常温循环性能没有影响，从而使得本发明的电解液能够同时兼顾高电压电池的防过充性能和常温循环性能，该电解液能够应用于电压＞4.2v的锂离子电池。

技术特征：

1.一种电解液，其包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，其特征在于：所述的添加剂包括具有通式(1)所示结构的2-苯基-吡啶衍生物中的一种或多种，

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：r1和r2分别独立地为h、f、碳原子数为1～4的直链烷基或叔丁基；r3和r4相连形成六元芳香烃。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述的2-苯基-吡啶衍生物为

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述的2-苯基-吡啶衍生物占所述的电解液的总质量的0.5wt％～5wt％。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述的添加剂还包括占所述的电解液的总质量的0.1～5wt％的其他添加剂，所述的其他添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、丙烯基-1,3-磺内酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,4-丁磺酸内酯、二氟磷酸锂中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于：所述的2-苯基-吡啶衍生物和其他添加剂的质量之比为(1～5)：1；和/或，所述的2-苯基-吡啶衍生物和其他添加剂的质量之和为所述的电解液的总质量的1％～10％。

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、无水高氯酸锂、二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、二氟二草酸磷酸锂、二氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、二氟二草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、单草酸双氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种；和/或，所述的锂盐的浓度为0.6～1.5mol/l。

8.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于：所述的非水有机溶剂包括环状酯和/或链状酯，所述的环状酯为γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种；所述的链状酯为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、氟代丙酸甲酯、氟代丙酸乙酯、氟代乙酸乙酯中的一种或多种。

9.一种高电压锂离子电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于：所述的电解液为权利要求1～8中任一项所述的电解液。

10.根据权利要求1所述的高电压锂离子电池，其特征在于：所述的正极的材料为锂钴氧材料；所述的负极的材料为石墨材料，和/或，所述的高电压锂离子电池的电压大于4.2v。

技术总结
本发明涉及一种用于高电压锂离子电池的电解液及高电压锂离子电池，主要解决了现有技术中高电压锂离子电池过充时电池表面温度过高导致安全性较差的技术问题。本发明通过适量的2‑苯基‑吡啶衍生物添加剂有效降低高电压锂离子电池过充时电池表面温度，避免燃烧，同时对高电压锂离子电池的常温循环性能没有影响，从而使得本发明的电解液能够同时兼顾高电压电池的防过充性能和常温循环性能。

技术研发人员：余林颇,赵鑫涛,王志涛,徐凯辰,陈晓琴,甘朝伦
受保护的技术使用者：张家港市国泰华荣化工新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4