權(quán)利要求

1.高電壓電解液，包括鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑，其特征在于，所述鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑的質(zhì)量比為5%-30%：70%-90%：1%-5%；所述離子液體添加劑的結(jié)構(gòu)式為： 。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述鋰鹽的摩爾濃度為0.5-2mol/L。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高電壓電解液，其特征在于，所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）、六氟磷酸鋰（LiPF6）、高氯酸鋰 (LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、雙草酸硼酸鋰(LiBOB)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、二氟磷酸鋰(LiPF2O2)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑鋰(LiDTI)中的任意或者兩種以上的任意組合。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述溶劑包括碳酸酯溶劑和氟代碳酸酯溶劑。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高電壓電解液，其特征在于，所述溶劑為碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，氟代碳酸乙烯酯，氟代碳酸甲乙酯，氟代碳酸二甲酯，氟代碳酸二乙酯中的任意一種或者兩種以上的任意組合。 6.高電壓鋰離子電池，其特征在于，包括電芯和電解液，所述電解液為權(quán)利要求1-5任一所述的一種高電壓電解液，所述電芯包括正極、負(fù)極和隔膜。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高電壓鋰離子電池，其特征在于，所述正極的活性材料為大單晶鎳鈷錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳錳酸鋰、三元正極材料的任意一種。 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高電壓鋰離子電池，其特征在于，所述負(fù)極的活性材料為石墨、硬碳、軟碳、硅氧、硅碳中的任意一種。 9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高電壓鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜為玻璃纖維素膜、纖維素膜和多孔聚烯烴化合物膜中的任意一種。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高電壓電解液及高電壓鋰離子電池。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著國(guó)家“雙碳”政策的推動(dòng)，燃油車將逐漸退出歷史舞臺(tái)，純電動(dòng)汽車需求量正在大幅增長(zhǎng)。但是由于目前成熟的鋰離子電池體系能量密度較低，仍然難以滿足人們對(duì)于乘用車長(zhǎng)續(xù)航里程的要求，里程焦慮使得越來(lái)越多的企業(yè)和科研工作者投入到高能量密度儲(chǔ)能電池的研發(fā)中。

層狀高鎳正極和鈷酸鋰材料具有較高的理論比容量，尤其是提高該類電池的充電截止電壓，可以極大地發(fā)揮其理論比容量，大大提高鋰離子電池的能量密度。但是在高電壓下電池體系也會(huì)存在很多問(wèn)題，最主要的是傳統(tǒng)碳酸酯類電解液電化學(xué)窗口較低，在高電壓下會(huì)導(dǎo)致溶劑的分解和電解液的消耗。同時(shí)碳酸酯的大量分解和氫氟酸的產(chǎn)生會(huì)在正極表面形成很厚的巖鹽相，會(huì)阻礙鋰離子的傳輸，導(dǎo)致電池的庫(kù)侖效率低和容量的快速衰減。

為此，本發(fā)明提出一種高電壓電解液及高電壓鋰離子電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種高電壓電解液及高電壓鋰離子電池。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種高電壓電解液，包括鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑，所述鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑的質(zhì)量比為5%-30%：70%-90%：1%-5%。

優(yōu)選地：所述鋰鹽的摩爾濃度為0.5-2mol/L。

進(jìn)一步地：所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）、六氟磷酸鋰（LiPF6）、高氯酸鋰 (LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、雙草酸硼酸鋰(LiBOB)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、二氟磷酸鋰(LiPF2O2)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑鋰(LiDTI)中的任意一種或者兩種以上的任意組合。

在前述方案的基礎(chǔ)上：所述溶劑包括碳酸酯溶劑和氟代碳酸酯溶劑。

在前述方案中更佳的方案是：所述溶劑為碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，氟代碳酸乙烯酯，氟代碳酸甲乙酯，氟代碳酸二甲酯，氟代碳酸二乙酯中的任意一種或者兩種以上的任意組合。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述離子液體添加劑的結(jié)構(gòu)式為： 。

一種高電壓鋰離子電池，包括電芯和電解液，所述電芯包括正極、負(fù)極和隔膜。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的：所述正極的活性材料為大單晶鎳鈷錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳錳酸鋰、三元正極材料的任意一種。

同時(shí)，所述負(fù)極的活性材料為石墨、硬碳、軟碳、硅氧、硅碳中的任意一種。

作為本發(fā)明的一種更優(yōu)的方案：所述隔膜為玻璃纖維素膜、纖維素膜和多孔聚烯烴化合物膜中的任意一種。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明，離子液體添加劑可聚合雙鍵遠(yuǎn)離離子液體陽(yáng)離子基團(tuán)，這可以保證在電化學(xué)聚合時(shí)在正極表面產(chǎn)生更加柔性的聚合物長(zhǎng)鏈的CEI層，一方面這層優(yōu)異柔性的CEI層不會(huì)在充放電過(guò)程中隨著電極顆粒的膨脹與收縮等形變而脫離電極，有效地抑制了電解液與電極之間的副反應(yīng)，最終改善高電壓下鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。另一方面，這層CEI膜含有大量離子液體的陽(yáng)離子基團(tuán)，可以與電解液中陰離子和溶劑形成庫(kù)倫作用或離子-偶極作用，有利于提升鋰離子在CEI膜中的遷移，CEI側(cè)鏈上含有的氨基、羥基、酯基等官能團(tuán)，可以與鋰離子產(chǎn)生配位作用，從而加速鋰離子的傳導(dǎo)。

2.本發(fā)明，采用氟代碳酸酯共溶劑的策略，可以提高溶劑的抗氧化能力，從而抑制電解液在高電壓下的分解。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提出的一種高電壓電解液及高電壓鋰離子電池的離子液體添加劑結(jié)構(gòu)式圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

下面詳細(xì)描述本專利的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本專利，而不能理解為對(duì)本專利的限制。

實(shí)施例

一種高電壓電解液，包括鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑，所述鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑的質(zhì)量比為5%-30%：70%-90%：1%-5%。

所述鋰鹽的摩爾濃度為0.5-2mol/L。

所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）、六氟磷酸鋰（LiPF6）、高氯酸鋰 (LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、雙草酸硼酸鋰(LiBOB)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、二氟磷酸鋰(LiPF2O2)、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑鋰(LiDTI)中的任意一種或者兩種以上的任意組合。

所述溶劑包括碳酸酯溶劑和氟代碳酸酯溶劑

所述溶劑為碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，氟代碳酸乙烯酯，氟代碳酸甲乙酯，氟代碳酸二甲酯，氟代碳酸二乙酯中的任意一種或者兩種以上的任意組合。

所述離子液體添加劑的結(jié)構(gòu)式為： 。

一種高電壓鋰離子電池，包括電芯和電解液，所述電解液為高電壓電解液，所述電芯包括正極、負(fù)極和隔膜。

所述正極的活性材料為大單晶鎳鈷錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳錳酸鋰、三元正極材料的任意一種。

所述負(fù)極的活性材料為石墨、硬碳、軟碳、硅氧、硅碳中的任意一種。

所述隔膜為玻璃纖維素膜、纖維素膜和多孔聚烯烴化合物膜中的任意一種。

其制備方法為：在保護(hù)氣氛的條件下（H 2O<1 ppm），將溶劑攪拌均勻，加入鋰鹽與離子液體添加劑，充分?jǐn)嚢枞芙饩鶆蛑岭娊庖撼吻逋该?，得到高壓電解液，隨后在充滿氬氣的手套箱中，將正極、負(fù)極和隔膜組裝后，加入高壓電解液。

本實(shí)施例的離子液體添加劑可聚合雙鍵遠(yuǎn)離離子液體陽(yáng)離子基團(tuán)，這可以保證在電化學(xué)聚合時(shí)在正極表面產(chǎn)生更加柔性的聚合物長(zhǎng)鏈的CEI層，一方面這層優(yōu)異柔性的CEI層不會(huì)在充放電過(guò)程中隨著電極顆粒的膨脹與收縮等形變而脫離電極，有效地抑制了電解液與電極之間的副反應(yīng)，最終改善高電壓下鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。另一方面，這層CEI膜含有大量離子液體的陽(yáng)離子基團(tuán)，可以與電解液中陰離子和溶劑形成庫(kù)倫作用或離子-偶極作用，有利于提升鋰離子在CEI膜中的遷移，CEI側(cè)鏈上含有的氨基、羥基、酯基等官能團(tuán)，可以與鋰離子產(chǎn)生配位作用，從而加速鋰離子的傳導(dǎo)。

另外，采用氟代碳酸酯共溶劑的策略，可以提高溶劑的抗氧化能力，從而抑制電解液在高電壓下的分解。

實(shí)施例1：

一種高電壓電解液，包括鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑，所述鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑的質(zhì)量比為25%：70%：5%。

所述鋰鹽的摩爾濃度為0.5-2mol/L。

所述鋰鹽為六氟磷酸鋰（LiPF6）。

所述溶劑包括碳酸酯溶劑和氟代碳酸酯溶劑

所述溶劑為等比例的碳酸乙烯酯和氟代碳酸甲乙酯。

所示離子液體添加劑的結(jié)構(gòu)式為： 。

一種高電壓鋰離子電池，包括電芯和電解液，所述電解液為高電壓電解液，所述電芯包括正極、負(fù)極和隔膜。

所述正極的活性材料為大單晶鎳鈷錳酸鋰。

所述負(fù)極的活性材料為石墨。

所述隔膜為聚丙烯膜。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：所述鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑的質(zhì)量比為26.5%：71.5%：2%。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：所述溶劑為等比例的碳酸乙烯酯和氟代碳酸二甲酯。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：所述溶劑為等比例的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，氟代碳酸乙烯酯。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：所述溶劑為等比例的碳酸乙烯酯，碳酸甲乙酯，氟代碳酸甲乙酯。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：所述溶劑為碳酸乙烯酯和氟代碳酸二乙酯按照質(zhì)量比3:7混合。

實(shí)施例7：

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：所述溶劑為等比例的氟代碳酸乙烯酯和氟代碳酸甲乙酯。

對(duì)比例1：

本對(duì)比例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：不加入離子液體添加劑。

對(duì)比例2：

本對(duì)比例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：所述鋰鹽、溶劑和離子液體成膜添加劑的質(zhì)量比為24%：69%：7%。

對(duì)比例3：

本對(duì)比例與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于：不加入離子液體添加劑，且溶劑為碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯按照質(zhì)量比3:7混合。

下表為電壓2.8-4.5V，溫度處于25℃，0.5C倍率下測(cè)試實(shí)施例1-7與對(duì)比例1-3的電池性能：

由上表可知：采用該類高電壓電解液，鋰離子電池在高電壓下循環(huán)后具有高的平均庫(kù)侖效率(>99.7%)和高的容量保持率(>95%)。通過(guò)對(duì)比實(shí)施例1和對(duì)比例1可以發(fā)現(xiàn)，加入離子液體添加劑可以有效提高鋰離子電池的平均庫(kù)侖效率，并且提高其100次循環(huán)后的容量保持率，說(shuō)明離子液體添加劑在正極成膜后可以減少副反應(yīng)的發(fā)生，改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)比實(shí)施例1和對(duì)比例2可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入過(guò)量離子液體添加劑后鋰離子電池容量發(fā)揮有所下降，說(shuō)明過(guò)量的離子液體會(huì)帶來(lái)電解液黏度的增加，從而影響了電池的容量發(fā)揮。通過(guò)對(duì)比實(shí)施例1與對(duì)比例3可以發(fā)現(xiàn)，采用氟代碳酸酯共溶劑和離子液體添加劑的策略相比于傳統(tǒng)的碳酸酯電解液體系，可以有效改善鋰離子電池在高電壓下的平均庫(kù)侖效率和容量保持率，提高電池的循環(huán)性能。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

高電壓電解液及高電壓鋰離子電池.pdf