一种适配钴酸锂正极材料的高电压电解液添加剂以及高电压电解液

本发明涉及锂电池，特别是涉及一种适配钴酸锂正极材料的高电压电解液添加剂以及高电压电解液。

背景技术：

1、自从1991年锂离子电池被应用到储能领域以来，锂离子电池已经有了非常广阔的应用，从便携式的电子设备到新型动力汽车，大型储能站等，以磷酸铁锂(lifepo4)、钴酸锂(licoo2)、三元材料为正极的锂离子电池已经发展得非常成熟，但随着市场对更高能量密度的储能设备的需求的增长，人们虽然开发出了很多的高电压正极材料，却缺乏与之适配的稳定的高电压电解液，尤其是适用于大规模生产的低成本的高电压电解液。

2、钴酸锂作为一种应用很成熟的正极材料，目前为止所使用的截止电压为4.3v、4.4v，比能量只有170mah/g左右，但是当把截止电压提高到4.6v时，其理论比容量就能够提升到200mah/g以上，同时提高的工作电压使得电池的能量密度有了巨大的提高，但是钴酸锂在4.6v的高压下工作时也会面临很大的问题，脱锂状态下电极材料其极不稳定，界面活性很高，这就使得高压的钴酸锂电池的循环稳定性很差。

技术实现思路

1、为了解决现有高压的钴酸锂电池的循环稳定性差的技术问题，本发明的首要目的在于提供一种适配钴酸锂正极材料的高电压电解液添加剂；该高电压电解液添加剂的添加量较少，能够有效改善酯类电解液的电化学窗口，稳定4.6v电压下钴酸锂正极，减少正极界面的电解液分解，从而增加电池的长循环稳定性。

2、本发明的再一目的是提供一种包括上述高电压电解液添加剂的高电压电解液。

3、本发明通过如下技术方案加以实现：

4、一种适配钴酸锂正极材料的高电压电解液添加剂，所述高电压电解液添加剂的添加量为高电压电解液总质量的1％-3％。

5、在本发明的一些实施例中，所述高电压电解液添加剂为一类含有高氯酸根clo4-阴离子的化合物，阳离子为金属阳离子。

6、在本发明的一些实施例中，所述金属阳离子选自锂离子、钠离子、钾离子中的至少一种。

7、在本发明的一些实施例中，所述高电压电解液添加剂为一类含有高氯酸根clo4-阴离子的化合物，阳离子为由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子。

8、在本发明的一些实施例中，所述由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子选自四正丁基铵根、四乙基铵根中的至少一种。

9、本发明还提供一种高电压电解液，包括所述的高电压电解液添加剂、锂盐电解质、非水有机溶剂和辅助添加剂。

10、在本发明的一些实施例中，所述锂盐电解质的加入浓度为1mol/l；所述锂盐电解质选自六氟磷酸锂，六氟砷酸锂，双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、双(氟磺酰亚胺)锂中的一种或者多种。

11、在本发明的一些实施例中，所述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的任意几种组成的混合物；所述辅助添加剂为氟代碳酸乙烯酯，所述辅助添加剂的添加量为高电压电解液总质量的5％。

12、在本发明的一些实施例中，所述高电压电解液添加剂的添加量为高电压电解液总质量的1％-3％。

13、此外，本发明还提供了上述高电压电解液在适配4.6v商用钴酸锂正极的锂电池中的应用。

14、本发明具有如下有益效果：

15、1)本发明提出的适配钴酸锂正极材料的高电压电解液添加剂是一类适配4.6v高压锂电正极材料钴酸锂(licoo2)的高电压电解液添加剂，其添加量仅为高电压电解液总质量的1％-3％，仅需要对现有电解液体系做出微小的调整即可适配超高压的钴酸锂正极材料，电池的能量密度大幅提高，非常利于投入规模化的生产，且相较于现有技术中(并非适配超高压的电解液)的加入较多的高氯酸根碱金属盐的体系，过多的高氯酸盐(高价态)会使得电解液体系不够稳定，不利于运输与存储，且高电压情况下电池的稳定性会大幅下降，同时会使得电池发生爆炸自燃的风险增加，而本发明的高电压电解液添加剂的添加量较少，不会降低现有电解液体系的稳定性，且能够有效改善酯类电解液的电化学窗口，稳定4.6v电压下钴酸锂正极，减少正极界面的电解液分解，从而增加电池的长循环稳定性。

16、2)本发明提出的适配钴酸锂正极材料的高电压电解液添加剂为含有高氯酸根阴离子(clo4-)的化合物，阳离子部分可为金属阳离子，如锂离子、钠离子、钾离子等，也可为由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子，如四正丁基铵根，四乙基铵根，即，本发明不止提出了含高氯酸根和金属阳离子的添加剂盐，同时含有由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子的高氯酸盐也同样有效，这也是本发明技术方案的完善之处，也就是说不管是金属阳离子还是由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子，都能有效通过添加最高价态的高氯酸阴离子(clo4-)，能够加强抗氧化性能，能够稳定存在于高压正极界面，减少电极电解液接触，减少电解液在正极界面的氧化反应，从而使得使用含有该高电压电解液添加剂的酯类电解液的锂电池的循环稳定性得到明显的提升。

技术特征：

1.一种适配钴酸锂正极材料的高电压电解液添加剂，其特征在于：所述高电压电解液添加剂的添加量为高电压电解液总质量的1％-3％。

2.根据权利要求1所述的高电压电解液添加剂，其特征在于，所述高电压电解液添加剂为一类含有高氯酸根clo4-阴离子的化合物，阳离子为金属阳离子。

3.根据权利要求2所述的高电压电解液添加剂，其特征在于：所述金属阳离子选自锂离子、钠离子、钾离子中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的高电压电解液添加剂，其特征在于，所述高电压电解液添加剂为一类含有高氯酸根clo4-阴离子的化合物，阳离子为由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子。

5.根据权利要求4所述的高电压电解液添加剂，其特征在于：所述由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子选自四正丁基铵根、四乙基铵根中的至少一种。

6.一种高电压电解液，包括如权利要求1-5任一项所述的高电压电解液添加剂、锂盐电解质、非水有机溶剂和辅助添加剂。

7.根据权利要求6所述的高电压电解液，其特征在于：所述锂盐电解质的加入浓度为1mol/l；所述锂盐电解质选自六氟磷酸锂，六氟砷酸锂，双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、双(氟磺酰亚胺)锂中的一种或者多种。

8.根据权利要求6所述的高电压电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的任意几种组成的混合物；所述辅助添加剂为氟代碳酸乙烯酯，所述辅助添加剂的添加量为高电压电解液总质量的5％。

9.根据权利要求6所述高电压电解液，其特征在于：所述高电压电解液添加剂的添加量为高电压电解液总质量的1％-3％。

10.如权利要求6-9任一项所述的高电压电解液在适配4.6v商用钴酸锂正极的锂电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种适配钴酸锂正极的高电压添加剂以及高电压电解液，所述高电压电解液添加剂的添加量为高电压电解液总质量的1％‑3％，该添加剂为含有高氯酸根阴离子(ClO<supgt;4‑</supgt;)的化合物，阳离子部分可为金属阳离子，如锂离子、钠离子、钾离子等，也可为由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子，如四正丁基铵根，四乙基铵根。本发明不止提出了含高氯酸根和金属阳离子的添加剂盐，同时含有由不同长度烷基链取代的季铵根阳离子的高氯酸盐也同样有效，且添加量较少，能够有效改善酯类电解液的电化学窗口，稳定4.6V电压下钴酸锂正极，减少正极界面的电解液分解，从而增加电池的长循环稳定性。

技术研发人员：康飞宇,翟登云,李为,王扈炜
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12