[发明专利]一种磷酸锰铁锂电池及其电解液

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸锰铁锂电池及其电解液，本发明电解液中添加有氟代醚、2‑甲基马来酸酐和硫酸酯化合物三类添加剂。其中，通过2‑甲基马来酸酐在负极形成SEI膜，避免了氟代碳酸乙烯酯和腈类溶剂的使用，有效提升电池的高温性能和循环性能；通过氟代醚提高电解液的电化学窗口，保障电解液在4.5V以上电压都不会被氧化分解；通过硫酸酯化合物在正极表面形成保护膜，抑制正极Mn金属离子的溶出，改善电池的高温和循环性能；因此，本发明通过氟代醚、2‑甲基马来酸酐和硫酸酯化合物三类添加剂的使用所产生的协同效应，使得磷酸锰铁锂电池在2.5V～4.5V电压范围内具有优异的循环性能和高低温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸锰铁锂电池及其电解液。

背景技术

磷酸铁锂(LFP)电池由于其安全系数相对较高，因而目前新能源商用车主流配套的动力电池基本是磷酸铁锂电池，但随着后期国家对动力电池能量密度的要求逐步提高，新能源客车对能量密度的需求也会进一步提升。由于LFP的压实密度和工作电压(3.2V)较低，导致LFP电池能量密度进一步提升的空间极其有限，显然无法满足这一要求。

而同为橄榄石结构的磷酸锰铁锂(LiMn_xFe_1－xPO₄，0＜x＜1)则具有工作电压高(3.9V)的特点，能够使电池比能量提升10～15％，是下一代较有希望的新型正极材料。但磷酸锰铁锂高达4.5V的上限充电电压超出了常规电解液的电化学窗口范围，电解液会在磷酸锰铁锂材料表面发生氧化分解副反应进而恶化循环寿命并且带来一定的安全性隐患。另外，与尖晶石锰酸锂(LMO)相似，磷酸锰铁锂也存在比较严重的Mn溶解问题，尤其高温下Mn溶解更加严重，溶解在电解液中的Mn²⁺在石墨负极表面被还原成金属Mn而催化分解SEI膜破坏负极界面，导致电池容量衰减。

磷酸锰铁锂的以上特点对电解液提出了非常高的要求，目前市面上磷酸锰铁锂电解液技术尚未成熟，主要原因是：在高电压体系中，氟代碳酸乙烯酯(FEC)由于具有较高的氧化电位和优良的负极成膜特性而普遍被使用来保障电池的循环性能，但其高温稳定性较差，高温下容易分解产生氢氟酸(HF)，加剧正极金属离子的溶出，导致电池高温储存或者循环后胀气。为了解决氟代碳酸乙烯酯高温产气的问题，通常的解决方案是在电解液中加入腈类溶剂来抑制氟代碳酸乙烯的产气，但腈类溶剂跟石墨负极的兼容性较差，导致后期循环衰减大，无法满足动力和储能应用的长循环要求。因此，电解液成为了目前制约磷酸锰铁锂电池实际应用的一个重要瓶颈，开发与之相匹配的电解液是其产业化发展的必然途径。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种磷酸锰铁锂电池电解液，使用该电解液制备的磷酸锰铁锂电池在2.5V～4.5V电压范围内具有优异的循环性能和高低温性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磷酸锰铁锂电池电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氟代醚、2-甲基马来酸酐和硫酸酯化合物，所述硫酸酯化合物的结构通式如式Ⅰ和/或式Ⅱ所示：

其中，R1、R2、R3各自独立的为氢原子、碳原子数为1～5的直链或者支链的烃基中的任一种。

优选地，所述氟代醚的添加量占电解液总质量的0.5～10.0％，所述2-甲基马来酸酐的添加量占电解液总质量的0.1～3.0％，所述硫酸酯化合物的添加量占电解液总质量的0.5～5.0％。

优选地，所述硫酸酯化合物为硫酸乙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯、4-丙基硫酸乙烯酯、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、硫酸甲乙酯、硫酸二丙酯、硫酸二异丙酯中的一种或多种。