[发明专利]一种适配可快充钴酸锂电池的高电压电解液及其应用

说明书

本发明公开了一种适配可快充钴酸锂电池的高电压电解液，包含锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括甲基2‑噻吩基氰基碳o二硫代亚氨酸酯和甲基(二氟磷酰)甲基氨基甲酸酯。添加剂在LiCoO₂材料表面形成一层均匀致密离子导电性强的保护膜，抑制正极材料中金属离子的溶出及材料结构的坍塌。在负极石墨界面形成稳定的偏无机形态的低阻抗SEI膜，可以抑制金属离子在电解液中的自由迁移和还原，降低对电极表面的破坏，通过电解液中各个组分的协同作用，可以使得LiCoO₂正极材料和石墨负极锂离子电池在高电压下具有良好的循环性能、快充性能和低温性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种适配可快充钴酸锂电池的高电压电解液及其应用。

背景技术

锂离子电池现在已成为便携式电子设备、电动汽车、电站或电网应用等必不可少的电源。但是，在能量密度、循环寿命、快充性能和工作温度范围等方面，其大规模应用仍面临巨大挑战。针对电池能量密度的增加，可能的方法是使用高容量电极（正极或负极）材料和高电压正极材料。钴酸锂（LiCoO₂）作为最早商业化的正极材料具有电压平台高、压实密度大的优点，但是常规的钴酸锂材料的容量仅为140mAh/g，约为其理论容量的50%，制约了锂离子电池能量密度的提升。为了进一步提高LiCoO₂电池的能量密度，需要进一步提高充电电压，特别是提高到4.5 V以上的电压，使容量增加约25％。提高电压是提升钴酸锂材料容量的有效方法，但是由于Co元素的费米能级与O有重叠，因此充电电压升高时会导致O^2-的氧化，导致晶格氧的稳定性降低，引起电解液的氧化分解，使得电池性能变差。

另外，目前高能量密度的钴酸锂电池无法在不影响电池性能和安全性能的前提下实现快充。针对电池快充问题，电极缓慢的界面锂离子传输动力学性质也极大地制约了钴酸锂电池在电子产品和电动汽车等需要快速充电领域的应用。快充在节约了充电时间的同时，也会对电池本身有较大的破坏。由于电池中存在极化现象，其能够接受的最大充电电流会随着充放电循环的增加而减小，当持续充电且充电电流较大时，电极处的离子浓度升高，极化加剧，电池端电压无法与充入的电量/能量直接线性比例地对应起来。同时大电流充电，内阻的增大会导致焦耳发热效应加剧，带来副反应，如电解液的反应分解、产气等一系列问题。

能同时实现高能量密度和高效快充的LiCoO₂电池技术是一个尚未满足的需求，不稳定的电极/电解质界面被认为是上述问题的主要原因。目前，开发一种可以简便地，能同时在负极和正极上构建稳定、快锂离子传输的负正极界面保护层的有效方法仍然是欠缺的。

发明内容

本发明的目的是提供一种适配可快充钴酸锂电池的高电压电解液，通过向电解液中加入成膜添加剂及电解质双锂盐，可在负极和正极上构建稳定、快锂离子传输的负正极界面保护层，并在常规碳酸酯类溶剂中加入羧酸酯类溶剂，降低电解液体系的熔点和粘度，从而电解液中各组分之间协同作用使得钴酸锂电池在高电压条件下具有良好的循环性能、快充性能和低温性能。

本发明提供了一种适配可快充钴酸锂电池的高电压电解液，包含锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括甲基2-噻吩基氰基碳o二硫代亚氨酸酯（CAS号：100477-76-7）和甲基(二氟磷酰)甲基氨基甲酸酯（CAS号：123145-94-8）。

优选的，所述甲基2-噻吩基氰基碳o二硫代亚氨酸酯的质量占电解液质量的0.3%~3.0%。

优选的，所述甲基(二氟磷酰)甲基氨基甲酸酯的质量占电解液质量的0.5%~2.5%。

优选的，所述锂盐为四氟硼酸锂和双(三甲基硅烷基)磷酸锂。

进一步的，所述四氟硼酸锂的质量占电解液质量的7.2%，双(三甲基硅烷基)磷酸锂的质量占电解液质量的7.2%。

优选的，所述的非水有机溶剂为碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、丙酸甲酯和碳酸甲乙酯。