[发明专利]一种用于磷酸锰铁锂电池的电解液及制备方法和磷酸锰铁锂电池

说明书

本发明公开了一种用于磷酸锰铁锂电池的电解液，其包括锂盐、溶剂和添加剂；所述锂盐，包括六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂中的至少一种；所述溶剂，包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的至少一种；所述添加剂，包括碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯和N,N‑二甲基丙烯酰胺DMAA中的至少一种。此外，本发明还公开了一种磷酸锰铁锂电池以及一种用于磷酸锰铁锂电池的电解液的制备方法。本发明通过采用一种用于磷酸锰铁锂体系的碳酸酯溶剂与酰胺添加剂的电解液配方，可以改善正极与电解液的稳定性，抑制电解液的氧化分解，降低了过渡金属的溶出，有效提升磷酸锰铁锂电池的电性能。

技术领域

本发明涉及磷酸锰铁锂电池技术领域，特别是涉及一种用于磷酸锰铁锂电池的电解液及制备方法和磷酸锰铁锂电池。

背景技术

磷酸锰铁锂(LMFP)与磷酸铁锂一样同为橄榄石结构，结构稳定、电压平台高及能量密度高，是一种新型的高能量正极材料。然而，LMFP材料在充放电过程中不可避免地会发生过渡金属锰的溶出，锰的溶出，一方面会影响正极材料结构，影响正极储锂能力；另一方面，溶出的锰沉积在负极，影响锂离子的扩散，同时，沉积的锰会催化电解液的分解，导致活性锂的消耗以及形成更厚的固体电解质界面膜。

鉴于此，需改善LMFP材料在充放电过程中的锰溶出问题。过去几十年来，科研人员采取各种方法来改善锰的溶出问题，如使体相掺杂、表面包覆及电解液优化等。

在众多改善锰溶出方法中，就其经济及效果而言，电解液组分的优化最为经济且效果较好。电解液添加剂作为优化电解液组分、提高电池性能的最重要手段，其可以在正极氧化形成薄而致密的CEI膜(即电解质界面膜)，阻止电解液发生氧化反应，同时避免电解液对正极材料的破坏。此外，选用适宜的添加剂，也可在负极形成良好的SEI膜(即固体电解质界面膜)，避免电解液与石墨负极发生反应，同时，良好的SEI膜也可抑制过渡金属的沉积，这也会对正极材料的锰溶出起到抑制作用。

目前，商业化的电解液主要由锂盐、溶剂及添加剂组成。最为主要的锂盐为LiPF₆。溶剂主要包括有机环状碳酸酯、线性碳酸酯和有机羧酸酯，有机环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)；有机线性碳酸酯主要有碳酸甲基乙基酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)碳酸二甲酯(DMC)；在有机羧酸酯中，丙酸丙酯(PP)和乙酸乙酯(EA)较为常见。其中，环状碳酸酯的极性大，溶解锂盐能力强，然而其粘度大，无法单独使用。线性酯极性小、粘度低，可以改善电解液粘度。因此，常用电解液均为环状碳酸酯与线性酯混合使用。

对于磷酸锰铁锂(LMFP)体系而言，电池主要的失效模式(即存在的问题)表现为：一是，在充放电循环中，正极材料中锰的溶出问题，会导致储锂位点减少，正极活性材料损失。二是，溶出的锰沉积在负极，导致SEI膜的破坏和再生，需要消耗大量的活性锂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种用于磷酸锰铁锂电池的电解液及制备方法和磷酸锰铁锂电池。

为此，本发明提供了一种用于磷酸锰铁锂电池的电解液，其包括锂盐、溶剂和添加剂；

所述锂盐，包括六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂中的至少一种；

所述溶剂，包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的至少一种；

所述添加剂，包括碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯和N,N-二甲基丙烯酰胺DMAA中的至少一种；

锂盐占电解液总质量的质量含量为10％～20％，溶剂占电解液总质量的质量含量为60％～85％，添加剂占电解液总质量的质量含量为1.7％～5％。