[发明专利]一种新型5V锂电池高压电解液制法及应用

说明书

本发明提供了一种基于4‑氰基‑3‑氟苯硼基成膜添加剂的高压电池电解液及其制法和应用。该电解液包括有机溶剂、锂盐和成膜添加剂；本发明的高压成膜添加剂，包含氰基、氟、以及硼等官能团。他们有助于在正/负极上生成导电和坚固的界面层，减少了脱锂正极表面与电解质之间的寄生副反应。本发明还提供了上述电解液的制备方法。含有本发明的上述电解液的锂电池采用高压富锂锰基或者富镍三元正极，展现出优异的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种高压锂电池电解液，尤其涉及一种基于新型高压成膜添加剂的耐高压锂电池的电解液及其制备方法，属于锂离子电池电解液材料技术领域。

背景技术

近年来，随着电子设备、电动汽车和大容量能源存储系统的需求不断增长，推动了对高功率/能量密度和良好安全性的锂基电池的研究。现有的锂离子电池已不能满足日益增长的应用需求，特别是与电动汽车的快速发展相关的应用需求。

为获得高能量密度锂电池需要高压正极和高容量负极的组合。然而，传统的碳酸酯溶剂电解质的阳极稳定性较差，对Li/Li⁺的阳极稳定性小于4.3V，这使得它们在高压正极下非常不稳定。而高压正极材料如高压三元材料、LiNi_0.5Mn_1.5O₄(4.7V)及富锂锰正极(截止电压～4.8V)等至今未能在实际生产中应用。为了促进高压正极材料的发展和商业化，设计电压大于4.3V(相对Li/Li⁺)的电解液，减轻电解液的不良氧化分解已成为制约高压正极材料性能的决定性因素。

通常通过构建结构紧凑、电子绝缘的SEI/CEI能有效钝化电极，阻断电极与电解质之间可能发生的副反应。目前采用两种基本策略来扩大电化学窗口:(1)通过采用更稳定的溶剂电解质代替或减少传统的碳酸乙烯酯的使用，从热力学角度扩大电解质的固有稳定窗口；(2)通过加入添加剂形成更紧密、更有效的SEI/CEI层，从动力学角度拓宽工作稳定性窗口。氟化溶剂被证明具有优异的抗氧化性，但其成本较高。电解液添加剂通常添加量较少便可以起到较好的钝化高活性正极的效果，从而减少溶剂分解。目前一些添加剂比如VC、FEC虽起到一定保护电极界面的效果但其应用于富锂锰基等高压正极时，循环效果并不理想。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能够匹配富锂锰基等高压正极的锂电池的电解液。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高压锂电池的电解液，该电解液由有机溶剂、锂盐和成膜添加剂组成；其中，所述添加剂分为高压成膜添加剂和基础添加剂。

在本发明的一具体实施方式中，采用的所述的高压成膜添加剂为4-氰基-3-氟苯硼酸基衍生物。其基础结构式如下：

其中，R₁、R₂、R₃可任选为氢，羟基，脂肪链，苯基，或其他含双键/三键的不饱和结构。

在本发明的一具体实施方式中，所述基础添加剂可选为氟化碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺酸内酯、碳酸亚乙烯酯(VC)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、LiPO₂F₂中的一种或几种。

在本发明的一具体实施方式中，采用的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的几种的组合。采用的锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或全氟烷基磺酸锂的一种或几种；优选地，锂盐为六氟磷酸锂。

在本发明的一具体实施方式中，锂盐在电解液中的浓度为0.5mol/L-2mol/L；高压成膜添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-5％；所述基础添加剂在电解液中的质量分数为0.1％-2％。