一种高电压电解液和锂离子电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池，尤其是涉及一种高电压电解液和锂离子电池。

背景技术：

1、作为锂离子电池重要性能指标的能量密度的提升是解决新能源电车续航里程焦虑的关键。高电压正极材料，如磷酸钴锂(licopo4)、磷酸镍锂(linipo4)、镍锰酸锂(lini0.5mn1.5o4)的工作电压可达4.8v，可以极大程度提高电池的能量密度。此外，高电压电解液主要以六氟磷酸锂(lipf6)和氟代类溶剂组成的电解液体系为主。然而，电解质锂盐lipf6对电解液中痕量的水分很敏感，不仅会分解产生氢氟酸(hf)，同时热稳定性较差的lipf6分解产生的五氟化磷(pf5)也易与痕量水反应，衍生的一系列氟磷氧化物也是水分敏感物种，带来快速的电解液酸升；除此之外，高电压的氟化溶剂也易产生hf(尤其在高温条件下)。hf的存在会对正负极界面层进行破坏，一方面导致界面层的破坏、重组，消耗更多的活性锂；另一方面也会带来产气和过渡金属溶出的严重问题，最终导致电芯的快速失效。

2、现有技术，电解液中添加铝、镁、锌等金属的氧化物清除电解液中hf，但该方法清除hf的速度较慢且容易引入金属离子杂质，同时清除的hf转化成了水(h2o)，构成了恶性循环，对电池造成不利影响。公开号为cn115911556a的专利提出借助噻唑类异氰酸酯作为电解液的酸度清除添加剂，但一方面单一官能团在此方面的效果不理想，即使在纯碳酸酯电解液下对于酸升的抑制也并不显著，另一方面在高电压(>4.2v)下电池衰减较快，表明噻唑类异氰酸酯在除酸与成膜性能方面有待提高。故开发一种适宜的抑制酸升且成膜稳定的添加剂在高电压体系下是亟待解决的问题之一。

3、有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种高电压电解液，通过特定结构的添加剂的加入，抑制了电解液的酸度升高，缓解了过渡金属的溶出，提高了成膜性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池，具有优异的电化学性能和综合性能。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、本发明提供了一种高电压电解液，包括：添加剂；所述添加剂包括具有如式(i)和式(ii)所示结构的化合物中的至少一种；

5、

6、式中，n为0～3之间的整数，r1、r2和r3各自独立地选自支链烷基、氟代烷基、烯基、氟代烯基、芳基和氟代芳基中的任一种。

7、进一步地，所述高电压电解液中，所述添加剂的含量为0.1wt％～2wt％。

8、进一步地，所述高电压电解液，还包括lipf6和氟代溶剂。

9、进一步地，所述高电压电解液中，lipf6的含量为0.5～2mol/l。

10、进一步地，所述氟代溶剂包括环状氟代碳酸酯、线性氟代酯和氟代醚；

11、和/或，所述环状氟代碳酸酯、所述线性氟代酯和所述氟代醚的体积比为(10～30)：(40～60)：(10～50)。

12、进一步地，所述环状氟代碳酸酯包括4-氟-1,3-二氧戊环-2酮、反式-4,5-氟-1,3-二氧戊环-2酮和4-甲基三氟碳酸乙烯酯中的至少一种。

13、进一步地，所述线性氟代酯包括线性氟代碳酸酯和/或线性氟代羧酸酯；

14、所述线性氟代碳酸酯包括甲基三氟乙基碳酸酯和/或双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯；

15、所述线性氟代羧酸酯包括二氟乙酸乙酯和/或三氟乙酸乙酯。

16、进一步地，所述氟代醚包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和1,1,2,3,3,3-六氟丙基-2,2,2-三氟乙基醚中的至少一种。

17、本发明还提供了一种锂离子电池，包括如上所述的高电压电解液。

18、进一步地，所述锂离子电池，还包括正极材料，所述正极材料包括镍锰酸锂、磷酸钴锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和钴酸锂中的至少一种。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、本发明的高电压电解液，通过含有—n＝c＝o官能团、不饱和双键以及si元素的添加剂的加入，抑制了电解液的酸度升高，缓解了过渡金属的溶出，提高了成膜性能；具有优异的除酸除水效果，成膜耐压能力优异。

21、本发明的高电压电解液，适用于正极材料含有过渡金属的高电压锂离子电池体系，有利于提高电池的常温、高温循环性能。

技术特征：

1.一种高电压电解液，其特征在于，包括：添加剂；所述添加剂包括具有如式(i)和式(ii)所示结构的化合物中的至少一种；

2.根据权利要求1所述的高电压电解液，其特征在于，所述高电压电解液中，所述添加剂的含量为0.1wt％～2wt％。

3.根据权利要求1所述的高电压电解液，其特征在于，还包括lipf6和氟代溶剂。

4.根据权利要求3所述的高电压电解液，其特征在于，所述高电压电解液中，lipf6的含量为0.5～2mol/l。

5.根据权利要求3所述的高电压电解液，其特征在于，所述氟代溶剂包括环状氟代碳酸酯、线性氟代酯和氟代醚；

6.根据权利要求5所述的高电压电解液，其特征在于，所述环状氟代碳酸酯包括4-氟-1,3-二氧戊环-2酮、反式-4,5-氟-1,3-二氧戊环-2酮和4-甲基三氟碳酸乙烯酯中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的高电压电解液，其特征在于，所述线性氟代酯包括线性氟代碳酸酯和/或线性氟代羧酸酯；

8.根据权利要求5所述的高电压电解液，其特征在于，所述氟代醚包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和1,1,2,3,3,3-六氟丙基-2,2,2-三氟乙基醚中的至少一种。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的高电压电解液。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，还包括正极材料，所述正极材料包括镍锰酸锂、磷酸钴锂、磷酸铁锰锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和钴酸锂中的至少一种。

技术总结
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种高电压电解液和锂离子电池。本发明提供的一种高电压电解液，包括：添加剂；所述添加剂包括具有如式(I)和式(II)所示结构的化合物中的至少一种；式中，n为0～3之间的整数，R<subgt;1</subgt;、R<subgt;2</subgt;和R<subgt;3</subgt;各自独立地选自支链烷基、氟代烷基、烯基、氟代烯基、芳基和氟代芳基中的任一种。本发明的高电压电解液，通过上述添加剂的加入，抑制了电解液的酸度升高，缓解了过渡金属的溶出，提高了成膜性能。

技术研发人员：邱呈雨,李云明,胡建伟,田轶文,桂娇康,刘心同
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24