一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液及其制备方法

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种耐高压电解液，尤其涉及一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池以高输出功率、高安全性、高能量密度和循环寿命长等优点在储能电站及新能源电动汽车等领域大规模使用。随着人类社会发展和对能源需求增加，需要发展能量密度更高、放电平台更高、比容量更大的电池以满足应用需求，对锂离子电池技术提出了更高的要求，亟需开发具有高效率、高能量密度、低成本的锂离子电池。

2、现有的锂离子电池的能量密度不能完全满足现代动力设备的要求，需要选择合适的正极材料或增加电池的工作电压来增加能量密度。锂离子电池的能量密度与工作电压密切相关，提高电池的工作电压可以显著提升电池的能量密度。

3、高压电解液是发展高压锂离子电池的核心。当工作电压超过4.3v时，传统的电解液会被严重氧化分解，导致电极与电解液之间的界面阻抗增加，进一步加剧了锂离子电池性能的恶化。随着高压正极材料的开发和商业化，发展工作电压超过4.3v的电解液，减缓电解液的氧化成为进一步提升高压锂离子电池能量密度的决定性因素。

4、因此，开发新型的电解液并优化电解液组成，提升其在高于4.3v电压窗口下的稳定性，有望综合提升锂离子电池的倍率性能和循环稳定性以及延长循环寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有的锂离子电池的能量密度不能完全满足现代动力设备的要求，提供一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液及其制备方法，提升电解液在4.7v的高电压窗口下的抗氧化能力和稳定性，进而提升锂离子电池的循环稳定性和倍率性能。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现的：

3、一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液，所述电解液包含锂盐、有机复合溶剂和添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂，所述有机复合溶剂为碳酸乙烯酯(ec)和碳酸二乙酯(dec)，所述添加剂为二氟草酸硼酸锂(lidfob)，所述锂离子电池最高工作电压达到4.7v。所述二氟草酸硼酸锂的结构式为

4、

5、进一步地，所述六氟磷酸锂在电解液中的浓度为0.6～1.8mol/l，优选为1.2mol/l。

6、进一步地，所述二氟草酸硼酸锂在电解液中的添加量的质量分数为0.5％。

7、进一步地，所述有机复合溶剂中碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为1：1。

8、进一步地，所述高压电解液适用的电极材料为镍钴锰基三元正极材料，优选为lini0.8co0.1mn0.1o2正极材料。正极极片包括正极集流箔和附着在正极集流箔上的正极活性粉末材料，正极活性材料为镍钴锰三元材料，优选地，正极材料为ncm811。

9、一种lini0.8co0.1mn0.1o2型锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其中，所述电解液为上述的锂离子电池电解液。

10、一种上述用于镍钴锰三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液的制备方法，所述方法为：于氩气保护、手套箱中，将有机溶剂按质量比进行混合得到有机复合溶剂，将锂盐溶于有机复合溶剂中混合均匀，得到空白对比电解液；向所述对比电解液中加入添加剂，加热搅拌，混合均匀，得到高压高容量锂离子电池电解液。

11、本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明通过采用二氟草酸硼酸锂作为功能添加剂加入有机复合溶剂中，使得电解液具有较高的耐高压、耐氧化、高容量，使得含有其的锂离子电池在高压下具有较好的循环性能。

12、本发明将二氟草酸硼酸锂作为添加剂，由于二氟草酸硼酸锂可分解形成富含氟化锂(lif)、氧化锂(li2o)的薄而致密的固体电解质界面膜(sei)，形成的sei表现出高电子绝缘性和高初始离子电导率，加速了li+的输运；且二氟草酸硼酸锂能够有效清除反应过程中产生的氧自由基，从而防止氧气、二氧化碳等气体的产生，可有效去除亲核物种及其寄生反应，在提高锂离子电池截止电压的同时保持了高容量，有效地提高锂离子电池的性能，应用前景广阔。

13、本发明中ec介电常数较大，可以增强锂离子第一溶剂化的作用，但粘度较大，熔点高，二氟草酸硼酸锂与dec粘度较小可以弥补溶剂较大的粘度，共同促进锂离子的传输，提升电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液，所述电解液包含锂盐、有机复合溶剂和添加剂，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂，所述有机复合溶剂为碳酸乙烯酯(ec)和碳酸二乙酯(dec)，所述添加剂为二氟草酸硼酸锂(lidfob)，所述锂离子电池最高工作电压达到4.7v。

2.根据权利要求1所述的一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述六氟磷酸锂在电解液中的浓度为0.6～1.8mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述二氟草酸硼酸锂在电解液中的添加量的质量分数为0.5％。

4.根据权利要求1所述的一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机复合溶剂中碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为1：1。

5.根据权利要求1所述的一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述高压电解液适用的电极材料为镍钴锰基三元正极材料。

6.一种lini0.8co0.1mn0.1o2型锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其中，所述电解液为权利要求1-5任一项所述的锂离子电池电解液。

7.一种权利要求1～5所述用于镍钴锰三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述方法为：于氩气保护、手套箱中，将有机溶剂按质量比进行混合得到有机复合溶剂，将锂盐溶于有机复合溶剂中混合均匀，得到空白对比电解液；向所述对比电解液中加入添加剂，加热搅拌，混合均匀，得到高压高容量锂离子电池电解液。

技术总结
一种用于镍钴锰基三元正极材料的高压高容量锂离子电池电解液及其制备方法，应用于锂离子电池领域。电解液由锂盐、有机复合溶剂和添加剂组成，锂盐为六氟磷酸锂，有机复合溶剂为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)，添加剂为二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)。本发明中二氟草酸硼酸锂可分解形成富含氟化锂(LiF)、氧化锂(Li<subgt;2</subgt;O)的薄而致密的固体电解质界面膜，形成的固体电解质界面膜表现出高电子绝缘性和高离子电导率，促进了锂离子的运输。此外，二氟草酸硼酸锂能够有效清除反应过程中产生的氧自由基，从而防止氧气、二氧化碳等气体的产生，可有效去除亲核物种及其寄生反应。在提高锂离子电池截止电压的同时保持了高容量，有效提高了锂离子电池的性能，应用前景广阔。

技术研发人员：苏新,李佳凝,王坤芳
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12