[发明专利]三元/石墨体系锂离子电池的高电压电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种用于三元/石墨体系锂离子电池的高电压电解液，其包含非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中非水有机溶剂的氧化电位在6V以上，并且添加剂包括三(2,2,2‑三氟乙基)亚磷酸酯(TTFEP)和1,3,6‑己烷三腈(HTCN)。本发明还提供一种三元/石墨体系锂离子电池，其包含本发明的高电压电解液。本发明的高电压电解液的耐氧化有机溶剂和成膜添加剂协同作用，提升了电解液的氧化电位并促使电极表面形成稳定致密的固态电解质膜，使电解液在高电压下具有稳定性，从而提高了电池的电化学窗口、标称电压和循环稳定性，电池的能量密度得以提高。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种用于三元/石墨体系锂离子电池的高电压电解液及包含该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、高比容量、长寿命、无记忆效应、绿色环保等优点，被广泛应用于电子设备、电动工具、电动汽车和智能电网领域。随着社会的发展和人民生活水平的提高，锂离子电池的能量密度已经不能满足市场需求，亟需提高锂离子电池的能量密度。

有两种方式可提高锂离子电池的能量密度，一是改善正负极材料性能和电池的结构，二是提升电池的标称电压。第一种方式往往周期长，成本较高，第二种方式便捷高效，成本较低，因此第二种方式是提高锂离子电池能量密度的重要方式。

电解液作为锂离子电池的“血液”，对锂离子电池的性能具有重要影响。电解液在高电压下的稳定性，直接影响电池的高电压性能。传统的三元/石墨体系锂离子电池，由于电解液中缺乏氧化电位高的溶剂和成膜稳定的添加剂，电解液在高电压下不稳定，电池的电化学窗口一般为4.2-2.8V，对应标称电压为3.6V，电化学窗口和标称电压相对较低，导致电池的能量密度低。

为了提升电解液在高电压的稳定性，研究者在电解液中加入了促进成膜的添加剂，使电解液的高电压稳定性得到一定改善，但仍需进一步提高才能实现广泛应用。

发明内容

针对现有三元/石墨体系锂离子电池能量密度的问题，本发明使用以三元材料为正极材料、以石墨(C)为负极材料的锂离子电池，对该锂离子电池的电解液进行改进，提供一种三元/石墨体系锂离子电池的高电压电解液，可以提高锂离子电池的能量密度。

因此，在第一方面，本发明提供一种用于三元/石墨体系锂离子电池的高电压电解液，其包含非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中非水有机溶剂的氧化电位在6V以上，并且添加剂包括三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFEP)和1,3,6-己烷三腈(HTCN)。

在本发明的高电压电解液的具体实施方案中，非水有机溶剂包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)和氟化碳酸乙烯酯(FEC)。

在本发明的高电压电解液的具体实施方案中，锂盐可选自LiPF₆、LiBF₄、 LiPO₂F₂、LiTFSI、LiBOB、LiDFOB、LiN(SO₂F)₂中的至少一种。优选地，锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)。

在本发明的高电压电解液的具体实施方案中，添加剂还包括碳酸亚乙烯酯 (VC)、硫酸乙烯酯(DTD)和1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。

在本发明的高电压电解液的一些更具体实施方案中，按重量份计，非水有机溶剂包括35-45份碳酸甲乙酯(EMC)、20-30份碳酸二乙酯(DEC)、15-30份碳酸乙烯酯(EC)、15-25份氟化碳酸乙烯酯(FEC)；锂盐包括10-16份六氟磷酸锂 (LiPF₆)；添加剂包括0.5-2份三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFEP)、0.5-2份1,3,6- 己烷三腈(HTCN)、0.5-2份碳酸亚乙烯酯(VC)、0.5-2份硫酸乙烯酯(DTD)、0.5-2 份1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)。