锂离子电池电解液和锂离子电池及其补锂方法与流程

本发明涉及二次电池，具体涉及一种锂离子电池电解液和锂离子电池及其补锂方法。

背景技术：

1、商用锂离子电池对电芯循环寿命的追求臻于极致，储能电芯的技术发展正朝着循环10000圈，容量保持率大于80％的方向前进。从化学体系改善的角度来看，长循环性能与化学体系在每圈循环后的活性锂剩余量紧密相关。动力电芯中，硅负极体系因其高能量密度备受青睐，然而，硅氧材料首圈不可逆容量会带来较大的活性锂损失，会降低容量、恶化循环。因此人们开发了各式各样的补锂技术，以在电池的化成或循环时补充活性锂，维持电池循环性能，减少这方面的不可逆损失。

2、目前，补锂技术以正极补锂和负极补锂为主。其中，正极补锂是在正极加入比容量远大于正极而不可逆容量极大的材料，这样首圈充电时，正极会脱出超过设计上限的锂离子，多余的部分就可以填充成膜反应的损失；负极补锂是预先在负极添加一部分零价锂，在首圈放电的时候重新被氧化成锂离子，回嵌到正极。

3、综上，补锂技术的核心在于补足充放电时正负极荷电状态的不匹配，因此，补锂技术要么是在正极贡献可以被氧化、释放锂离子的物质，要么是在负极贡献零价锂。目前，正极补锂通常以li6coo4、li2nio2或li5feo4为主，常用于铁锂储能体系，但是，首圈充电后会产生大量活性氧，其中一些会成为氧气排出，另一些则会与电解液中有机成分反应，破坏电解质的稳定性，影响循环。负极补锂通常用在硅负极上，通过预锂化将单质锂复合在硅碳/硅氧负极中，但负极在空气中对水氧敏感，极不稳定，存在严重的安全风险。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种锂离子电池电解液和锂离子电池及其补锂方法，通过在锂离子电池电解液中添加含锂添加剂实现电解液补锂，以改善上述问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种锂离子电池电解液，所述电解液包括有机溶剂、锂盐和补锂添加剂，所述锂盐和所述补锂添加剂溶于所述有机溶剂中，所述补锂添加剂在电池充电时，在正极氧化释放锂离子，所述补锂添加剂选自共轭呋喃二醇锂类化合物。

3、在本发明一示例中，所述共轭呋喃二醇锂类化合物包括2,5-呋喃二醇锂及其衍生物中的至少一种，所述2,5-呋喃二醇锂的衍生物的结构通式如下所示：

4、

5、其中，r1和r2各自独立地选自氢原子、卤素原子、c1-12烃基或烃氧取代基、c1-12的含羰基、磺酸基、硫酸酯基、硅乙烯基取代基中的任一种。

6、在本发明一示例中，所述补锂添加剂选自以下化合物中的至少一种：

7、

8、

9、

10、在本发明一示例中，所述补锂添加剂的添加量按照其补锂当量换算，所述补锂添加剂在所述锂离子电池电解液中的补锂当量相对于电池容量为0.1～1mmol/ah。

11、在本发明一示例中，所述锂盐包括lipf6，所述锂离子电池电解液中的锂盐浓度为0.1～2mol/l。

12、在本发明一示例中，所述有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或两种，所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。

13、本发明另一方面还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜和上述的锂离子电池电解液。

14、本发明还提供一种锂离子电池的补锂方法，该方法包括将上述的锂离子电池电解液注入锂离子电池中，对所述锂离子电池充电进行补锂。

15、在本发明一示例中，所述锂离子电池的充电电压为2.8～4.2v。

16、在本发明一示例中，充电过程中，所述锂离子电池电解液中的补锂添加剂在所述锂离子电池的正极进行氧化失锂，产生共轭的羰基-烯-羰基结构并释放锂离子。

17、本发明在锂离子电池电解液中引入补锂添加剂共轭呋喃二醇锂类化合物，电池充电过程中，该类化合物在正极氧化释放锂离子，弥补负极因副反应或不可逆带来的活性锂损失，达到电解液补锂的目的。并且，该补锂添加剂在释放锂离子的同时还能产生共轭羰基-烯-羰基结构，该结构扩散到负极参与负极sei膜的成膜反应，该过程伴随着淬灭自由基或稳定负离子，因此，并不消耗负极电荷，不会造成活性锂的损失，同时还能够稳定负极sei，增强电池的循环稳定性。同时，根据分子设计，在呋喃主骨架五元环的3、4位上所修饰的官能团能够随着氧化后产生的共轭羰基-烯-羰基结构在负极成膜时引入sei，其氯代或氟代、磺酸酯等基团可以增加sei的离子导率，进一步降低极化，延长循环寿命。

技术特征：

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述共轭呋喃二醇锂类化合物包括2,5-呋喃二醇锂及其衍生物中的至少一种，所述2,5-呋喃二醇锂的衍生物的结构通式如下所示：

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述补锂添加剂选自以下化合物中的至少一种：

4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述补锂添加剂的添加量按照其补锂当量换算，所述补锂添加剂在所述锂离子电池电解液中的补锂当量相对于电池容量为0.1～1mmol/ah。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐包括lipf6，所述锂离子电池电解液中的锂盐浓度为0.1～2mol/l。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或两种，所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。

7.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、隔膜和权利要求1至6任一所述的锂离子电池电解液。

8.一种锂离子电池的补锂方法，其特征在于，包括：将权利要求1至6任一所述的锂离子电池电解液注入锂离子电池中，对所述锂离子电池充电进行补锂。

9.根据权利要求8所述的补锂方法，其特征在于，所述锂离子电池的充电电压为2.8～4.2v。

10.根据权利要求8所述的补锂方法，其特征在于，充电过程中，所述锂离子电池电解液中的补锂添加剂在所述锂离子电池的正极进行氧化，产生共轭的羰基-烯-羰基结构并释放锂离子。

技术总结
本发明提供一种锂离子电池电解液和锂离子电池及其补锂方法，具体涉及二次电池领域。所述锂离子电池电解液包括有机溶剂、锂盐和补锂添加剂，所述锂盐和补锂添加剂溶于所述有机溶剂，其中，所述补锂添加剂选自共轭呋喃二醇锂类化合物，该类化合物在电池充电时，可以在正极氧化释放锂离子，补足负极因副反应或不可逆带来的活性锂损失，实现补锂，从而延长电池的循环寿命。

技术研发人员：余乐,王仁和
受保护的技术使用者：远景睿泰动力技术（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15