[发明专利]一种锂离子电池用高压电解液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池用高压电解液及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述高压电解液由三元有机溶剂、电解质和添加剂，所述添加剂包括噻吩‑2,5‑二基双甲基膦酸四甲酯(TTD)。所述高温电解液所需原料成本较低、制备简单、高压性能优越，其应用于以高镍材料(NCM₈₁₁)为正极的锂离子电池时，电池的电化学性能尤其是循环倍率性能得到明显提升。

【技术领域】

本发明属于锂离子电池领域，具体而言，本发明涉及一种锂离子电池用高压电解液以及其制备方法。本发明还涉及所述高压电解液添加剂TTD的合成，以及包含所述高压电解液的锂离子电池。

【背景技术】

锂离子电池因其具有高容量、高能量、体积小、质量轻、对环境友好等特点，自其商品化以来，已经在移动电话，笔记本电脑，数码相机等便携式移动电子产品上得到广泛应用。在这一背景下，无疑对锂离子电池的技术提出了更高的要求，因此如何在保证安全的前提下提高动力电池的能量密度、延长续航里程、降低电芯成本是目前亟需解决的问题。

已有研究结果表明，在锂离子电池中，过高的高压不仅会使活性材料稳定性变差，还会导致电解液的氧化分解，使电极/电解液界面不稳定。通常在高电压下电解液溶剂会严重分解甚至产气，并且溶质LiPF₆和痕量水反应就会生成HF等腐蚀性路易斯酸，损失电解液有效成分。此外，这些副反应产物会导致正极材料结构不稳定以及正极电解质界面(CEI)的重构。其结果是电池的库伦效率降低、容量的快速衰减甚至出现安全问题。为提高高压下电解液稳定性以及高镍层状氧化物正极材料的循环稳定性，可以通过单晶结构设计、活性物质表面包覆以及加入电解液添加剂等方法实现。电解液添加剂被证明是改善电极材料电化学性能的一种有效方式，目前使用的有机高压电解液添加剂在循环过程中一般会比溶剂分子优先氧化，通过在正极表面分解形成界面膜的方式来提高电化学性能。

因此，研制出一种能够在高压条件下使用的电解液，改善锂离子电池的高压性能，成为推动锂离子电池应用和发展的一个亟待解决重要问题。

【发明内容】

针对上述锂离子电池在高压环境下的性能差乃至失效的问题，本发明提供了一种可在高压环境下使用的锂离子电池用电解液。本发明还提供了所述电解液的制备方法。

具体而言，本发明的一个目的在于提供一种锂离子电池用高压电解液，所述高压电解液包括：三元有机溶剂、电解质和添加剂；

其中，所述添加剂包括噻吩-2,5-二基双甲基膦酸四乙酯(TTD)。

在本发明的一个实施方案中，所述三元有机溶剂包含：(1)选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)的至少一种的第一有机溶剂；(2)选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)的至少一种的第二有机溶剂；(3)选自碳酸丙烯酯(PC)和碳酸亚乙烯酯(VC)中的至少一种的第三有机溶剂

其中，第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比为：(1～5):(1～5)；

第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比为：100:(2～5)。

在本发明的一个实施方案中，所述第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比优选为(2～4):(1～5)，更优选为(3～4):(3～5)。在本发明的一个实施方案中，所述第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比进一步优选为(1、2、3、4或5):(1、2、3、4或5)，还进一步优选为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、2:1、2:3、2:5、3:1、3:2、3:4、3:5、4:1、4:3或4:5，最优选为1:1、2:3、3:4或3:5。

在本发明的一个实施方案中，所述第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比优选为100:2、100:3、100:4或100:5、在本发明的一个实施方案中，所述第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比进一步优选为100:(2～4)或100:(3～5)。