一种4.5V高电压三元锂离子电池电解液及其制备方法和应用与流程

本发明属于新能源电池领域，具体为一种4.5v高电压三元锂离子电池电解液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，锂离子电池在便携式电子产品、电动汽车、混合动力汽车及智能电网等领域具有广阔的应用前景。三元材料(镍钴锰酸锂)展现了较高的比容量和工作电压平台及良好的倍率性能，在电动汽车领域占据重要地位。然而随着电动汽车的飞速发展，对续航里程的需求越来越高，提高工作电压目前被视为提升三元锂离子电池能量密度的一种有效手段。

2、然而现有电解液电化学窗口窄，在高电压下电解液自身极易分解，同时正极与电解液之间的副反应也会加剧，导致材料的金属溶出，这为高电压下的电芯稳定循环带来一定难度系数。

3、2021年12月3日公开的公开后为cn 113745661 a的专利，公开了一种匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，其公开的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液，包括氟磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂、非水溶剂、负极成膜添加剂碳酸乙烯亚乙烯酯和正极成膜添加剂二异丙基氰基膦。其中的二异丙基氰基膦，能抑制电解液在高电压下的分解，使电解液在较高的电压下工作时保持性能稳定，且形成高电压下仍稳定的界面膜。碳酸乙烯亚乙烯酯促进二氟二草酸磷酸锂分解形成的氟化锂均匀嵌入sei膜中，形成的sei膜阻抗低且导电性好，提高电池的低温性能和循环寿命；由本发明的匹配三元正极材料锂离子电池的高电压电解液制备的锂离子电池在高达4.5v的充电截止电压下使用时，仍具备良好的循环性能、高温性能和低温性能。但是，使用中效果并不理想。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种4.5v高电压三元锂离子电池电解液及其制备方法，包括混合锂盐、hfdec和fpn，其中，hfdec作为一种氟取代的碳酸酯，具有更高的抗氧化能力；fpn作为添加剂，有效的维护了阴极材料在高电压下的结构稳定性，有效的降低了副反应；以上原料复合使用，具有明显的优势，能显著改善电芯的循环性能。

2、本发明还有一个目的在于提供一种4.5v高电压三元锂离子电池电解液的应用，用于锂离子电池。

3、本发明具体技术方案如下：

4、一种4.5v高电压三元锂离子电池电解液，包括混合锂盐、二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯和五氟乙氧基环三磷腈。

5、所述混合锂盐在4.5v高电压三元锂离子电池电解液中浓度为0.5-1.5mol/l；

6、所述五氟乙氧基环三磷腈在4.5v高电压三元锂离子电池电解液中质量占比0.5-5％；

7、所述二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯在4.5v高电压三元锂离子电池电解液中质量占5-30％；

8、所述混合锂盐为六氟磷酸锂lipf6和双氟磺酰亚胺锂lifsi的混合物；

9、所述六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂的摩尔比为1：1-1.3，更优选的为1:1；

10、所述电解液还包括碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯，所述五氟乙氧基环三磷腈、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的质量比为：5-30：25-35：25-35，优选为1:1:1；

11、所述二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯(hfdec)的结构式为：

12、所述五氟乙氧基环三磷腈fpn的结构式为：

13、本发明提供的一种4.5v高电压三元锂离子电池电解液的制备方法，具体为：将混合锂盐溶于、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯中，再加入五氟乙氧基环三磷腈，混匀，温度控制在10℃以内，制得4.5v高电压三元锂离子电池电解液。

14、本发明提供的一种4.5v高电压三元锂离子电池电解液的应用，用于锂离子电池。尤其用于镍钴锰酸锂三元锂离子电池。

15、因六氟磷酸锂(lipf6)较差的化学稳定性和热稳定性，很大程度限制了其在高电压三元锂离子电池中的应用，而双氟磺酰亚胺锂(lifsi)的电导率和lipf6相当且稳定性更好，两种锂盐混合使用可以防止lifsi在高电压下对铝箔的腐蚀，同时，在改善高电压电池电化学性能上展示了巨大优势。二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯(hfdec)作为一种氟取代的碳酸酯，与碳酸酯相比有较低的homo能级，使其具有更高的抗氧化能力，因而氟代碳酸酯可以作为很好的高稳定性、高导电性、与石墨电极具有良好相容性的高压电解液溶剂。五氟乙氧基环三磷腈(fpn)作为高电压添加剂，可以在阴极成膜，有效的维护了阴极材料在高电压下的结构稳定性并且阻止了电解液的进一步分解，有效的降低了副反应。结合混合锂盐、hfdec和fpn的优点综合应用到电解液体系中，发明人发现能很好的改善高电压(4.5v)三元(镍钴锰酸锂)/石墨锂离子电池的循环性能。因此，本申请提供4.5v高电压三元锂离子电池电解液，包括混合锂盐、hfdec和fpn，具有明显的优势；此外，hfdec作为一种氟取代的碳酸酯，具有更高的抗氧化能力。fpn作为添加剂，有效的维护了阴极材料在高电压下的结构稳定性，有效的降低了副反应。

16、与现有技术相比，本发明提供的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，包括混合锂盐、hfdec和fpn，其中混合锂盐为六氟磷酸锂(lipf6)和双氟磺酰亚胺锂(lifsi)，两种锂盐混合使用可以防止lifsi在高电压下对铝箔的腐蚀，同时，在改善高电压电池电化学性能上展示了巨大优势；hfdec具有更高的抗氧化能力；fpn作为添加剂，有效的维护了阴极材料在高电压下的结构稳定性，有效的降低了副反应。以上原料按照设计比例混合，能够提高锂离子电池电解液的耐高压性能，对容量保持具有明显的优势。

技术特征：

1.一种4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述4.5v高电压三元锂离子电池电解液包括混合锂盐、二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯和五氟乙氧基环三磷腈。

2.根据权利要求1所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述混合锂盐在4.5v高电压三元锂离子电池电解液中浓度为0.5-1.5mol/l。

3.根据权利要求1或2所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述五氟乙氧基环三磷腈在4.5v高电压三元锂离子电池电解液中质量占比0.5-5％。

4.根据权利要求1或2所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述五氟乙氧基环三磷腈在4.5v高电压三元锂离子电池电解液中质量占5-30％。

5.根据权利要求1或2所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述混合锂盐为六氟磷酸锂lipf6和双氟磺酰亚胺锂lifsi的混合物。

6.根据权利要求5所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂的摩尔比为1：1-1.3。

7.根据权利要求1或2所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解液还包括碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯。

8.根据权利要求7所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于，所述五氟乙氧基环三磷腈、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的质量比为：5-30：25-35：25-35。

9.一种权利要求1-8任一项所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将混合锂盐溶于碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和二(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯中，再加入五氟乙氧基环三磷腈，混匀，制得4.5v高电压三元锂离子电池电解液。

10.一种权利要求1-8任一项所述的4.5v高电压三元锂离子电池电解液的应用，其特征在于，用于锂离子电池。

技术总结
本发明提供了一种4.5V高电压三元锂离子电池电解液及其制备方法和应用，与现有技术相比，本发明提供的4.5V高电压三元锂离子电池电解液，包括混合锂盐、HFDEC和FPN，其中混合锂盐为六氟磷酸锂(LiPF<subgt;6</subgt;)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，两种锂盐混合使用可以防止LiFSI在高电压下对铝箔的腐蚀，同时，在改善高电压电池电化学性能上展示了巨大优势；HFDEC具有更高的抗氧化能力；FPN作为添加剂，有效的维护了阴极材料在高电压下的结构稳定性，有效的降低了副反应。以上原料按照设计比例混合，能够提高锂离子电池电解液的耐高压性能，对容量保持具有明显的优势。

技术研发人员：朱丹,晏子聪,吴昊,蔡小平,冯艳
受保护的技术使用者：芜湖天弋能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15