本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種高電壓電解液及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著便攜式電子設(shè)備、新能源汽車(chē)及大型電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)于高能量密度電池的需求不斷增長(zhǎng)，鋰電池因具備高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢(shì)，已成為新一代的儲(chǔ)能設(shè)備。然而電池續(xù)航能力不足是限制其大規(guī)模應(yīng)用的最大阻礙。所以，提升鋰電池的能量密度是提升消費(fèi)者對(duì)新能源車(chē)認(rèn)可度和購(gòu)買(mǎi)力的最大保障。

2、提高正極材料的工作電壓是提高鋰離子電池能量密度的有效途徑之一。然而，目前使用的碳酸酯類(lèi)電解液在高電壓下容易在正極材料表面發(fā)生氧化分解反應(yīng)，造成電池性能下降。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)適用于高電壓鋰電池的新型電解液體系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高電壓電解液及鋰離子電池。

2、本發(fā)明提出的一種高電壓電解液，包括鋰鹽、非水溶劑、第一添加劑和第二添加劑；所述的第一添加劑包括含苯環(huán)官能團(tuán)的鄰苯二甲酸衍生物和/或含氰基官能團(tuán)的苯基硼酸頻哪醇酯化合物。

3、所述的含苯環(huán)官能團(tuán)的鄰苯二甲酸衍生物，結(jié)構(gòu)式如式i所示：

4、

5、所述的式i中，r1～r4分別選自氫原子、鹵原子、苯環(huán)、取代或未取代的c1～5烷基、烯基和炔基中的任意一種，且r1～r4中至少有一個(gè)為含苯環(huán)的官能團(tuán)。

6、所述的含氰基官能團(tuán)的苯基硼酸頻哪醇酯化合物，結(jié)構(gòu)式如式ⅱ所示：

7、

8、所述的式ⅱ中，r5～r9各自獨(dú)立地選自氫原子、鹵原子、氰基、苯環(huán)、取代或未取代的c1～5烷基、烯基和炔基中的任意一種，且r5～r9中至少有一個(gè)為含氰基的官能團(tuán)。

9、本發(fā)明高電壓電解液中原料之間協(xié)同作用，得到的高電壓電解液可以提升電池在高電壓下的循環(huán)壽命。本發(fā)明將腈類(lèi)添加劑和酸酐化合物聯(lián)用，通過(guò)絡(luò)合或物理結(jié)合或成鍵作用，能夠在正負(fù)極形成穩(wěn)定的表面膜，抑制電解液反應(yīng)產(chǎn)物的副作用，提高電解液與石墨負(fù)極的兼容性，提升電池在高電壓下的循環(huán)壽命；同時(shí)改善電芯的初始阻抗、降低阻抗增長(zhǎng)率，提高電池容量恢復(fù)率，抑制產(chǎn)氣問(wèn)題，提高電池高溫存儲(chǔ)性能和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性能。

10、優(yōu)選地，所述的式i所示化合物選自化合物1～化合物3：

11、

12、其中，化合物1為4-苯乙炔基苯酐(cas：119389-05-8)，化合物2為四苯基鄰苯二甲酸酐(cas：4741-53-1)，化合物3為4-苯氧基鄰苯二甲酸酐(cas：21345-01-7)。

13、鄰苯二甲酸衍生物同時(shí)含有苯環(huán)和酸酐官能團(tuán)，其中苯環(huán)可以在正極發(fā)生電聚合成膜，能夠有效保護(hù)正極界面，抑制在高電壓條件下正極過(guò)渡金屬離子的遷移以及電極界面和電解液的直接接觸，提升電池的高溫存儲(chǔ)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。酸酐易在負(fù)極界面發(fā)生還原成膜反應(yīng)，在負(fù)極界面形成穩(wěn)定的sei膜，隔離電解液和電極界面的直接接觸，緩解電解液的消耗以及能夠降低電池在高溫條件下活性鋰在負(fù)極界面的不可逆損失，提高電池的高溫性能。

14、優(yōu)選地，所述的式ⅱ所示化合物選自化合物4～化合物6：

15、

16、

17、其中，化合物4為4-氰-2-氟-5-甲基苯基硼酸頻哪醇酯(cas：1192023-08-7)，化合物5為4-(氰甲基)苯基硼酸頻哪醇酯(cas：138500-86-4)，化合物6為4-(4-氰基苯基)苯硼酸頻那醇酯(cas：406482-72-2)。

18、由于腈類(lèi)添加劑的氰基中碳氮叁鍵的鍵能很高，不容易被氧化，因此腈類(lèi)在正極上具有很好的穩(wěn)定性。同時(shí)，氰基具有較強(qiáng)的配位能力，可以和電極表面的活性位點(diǎn)結(jié)合，掩蔽正極表面的活性離子，減少電極對(duì)電解液的分解作用，形成低阻抗的cei膜，提升電池在高電壓下的循環(huán)壽命。此外，腈類(lèi)添加劑電化學(xué)窗口寬，在高電壓下更穩(wěn)定，擁有更出色的性能。

19、優(yōu)選地，所述的式i化合物、式ⅱ化合物的質(zhì)量比為(0.5～1.5):(1.5～2.5)。

20、優(yōu)選地，所述的第一添加劑的質(zhì)量占電解液總質(zhì)量的0.1～10％。

21、優(yōu)選地，所述的鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟草酸磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或多種。

22、使用多種鋰鹽協(xié)同作用，有效提升電池庫(kù)倫效率和實(shí)現(xiàn)金屬鋰均勻沉積，通過(guò)優(yōu)化鋰鹽比例實(shí)現(xiàn)離子電導(dǎo)率提升和金屬鋰的穩(wěn)定沉積。

23、優(yōu)選地，所述的鋰鹽的質(zhì)量占電解液總質(zhì)量的10～20％。

24、優(yōu)選地，所述的第二添加劑選自低溫添加劑、防過(guò)充添加劑中的至少一種。

25、優(yōu)選地，所述的第二添加劑選自氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二氟磷酸鋰和1，3-丙磺酸內(nèi)酯中的至少一種。

26、優(yōu)選地，所述的第二添加劑的質(zhì)量占電解液總質(zhì)量的1～5％。

27、第二添加劑與第一添加劑協(xié)同作用，提升電池在高電壓下的循環(huán)壽命，抑制產(chǎn)氣問(wèn)題，提高電池高溫存儲(chǔ)性能和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性能。

28、優(yōu)選地，所述的非水溶劑包括鏈狀碳酸酯類(lèi)溶劑、環(huán)狀碳酸酯類(lèi)溶劑、羧酸酯類(lèi)溶劑中的至少兩種；所述的環(huán)狀碳酸酯類(lèi)溶劑包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一種；鏈狀碳酸酯類(lèi)溶劑包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一種；羧酸酯類(lèi)溶劑包括乙酸丙酯、乙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少一種。

29、環(huán)狀碳酸酯具有較高的介電常數(shù)，但粘度較大，而鏈狀碳酸酯粘度相對(duì)較低，但介電常數(shù)不及環(huán)狀碳酸酯，綜合考慮所述非水溶劑包括環(huán)狀碳酸酯中的至少一種以及鏈狀碳酸酯中的至少一種的混合溶劑，兼顧了介電常數(shù)和粘度的需求。

30、一種鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和上述的高電壓電解液。

31、優(yōu)選地，所述的正極的活性材料為鎳鈷錳三元材料或鎳鈷鋁三元材料。

32、優(yōu)選地，所述的負(fù)極的活性材料為石墨或硅碳材料。

33、本發(fā)明的有益效果在于：

34、本發(fā)明將腈類(lèi)添加劑和酸酐化合物聯(lián)用，通過(guò)絡(luò)合或物理結(jié)合或成鍵作用，能夠在正負(fù)極形成穩(wěn)定的表面膜，抑制電解液反應(yīng)產(chǎn)物的副作用，提高電解液與石墨負(fù)極的兼容性，提升電池在高電壓下的循環(huán)壽命，同時(shí)改善電芯的初始阻抗、降低阻抗增長(zhǎng)率，提高電池容量恢復(fù)率，抑制產(chǎn)氣問(wèn)題，提高電池高溫存儲(chǔ)性能和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性能。

技術(shù)特征：

1.一種高電壓電解液，其特征在于，包括鋰鹽、非水溶劑、第一添加劑和第二添加劑；所述的第一添加劑包括含苯環(huán)官能團(tuán)的鄰苯二甲酸衍生物和/或含氰基官能團(tuán)的苯基硼酸頻哪醇酯化合物；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述的式i所示化合物選自化合物1～化合物3：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述的式ⅱ所示化合物選自化合物4～化合物6：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述的式i化合物、式ⅱ化合物的質(zhì)量比為(0.5～1.5):(1.5～2.5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述的第一添加劑的質(zhì)量占電解液總質(zhì)量的0.1～10％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述的鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟草酸磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述的第二添加劑選自氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、二氟磷酸鋰和1，3-丙磺酸內(nèi)酯中的至少一種；所述的第二添加劑的質(zhì)量占電解液總質(zhì)量的1～5％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓電解液，其特征在于，所述的非水溶劑包括鏈狀碳酸酯類(lèi)溶劑、環(huán)狀碳酸酯類(lèi)溶劑、羧酸酯類(lèi)溶劑中的至少兩種；所述的環(huán)狀碳酸酯類(lèi)溶劑包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一種；鏈狀碳酸酯類(lèi)溶劑包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一種；羧酸酯類(lèi)溶劑包括乙酸丙酯、乙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少一種。

9.一種鋰離子電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極、隔膜和權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的高電壓電解液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種高電壓電解液及鋰離子電池，涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。一種高電壓電解液，包括鋰鹽、非水溶劑、第一添加劑和第二添加劑；所述的第一添加劑包括含苯環(huán)官能團(tuán)的鄰苯二甲酸衍生物和/或含氰基官能團(tuán)的苯基硼酸頻哪醇酯化合物。本發(fā)明提供的電解液有助于提升電池在高電壓下的循環(huán)壽命；同時(shí)改善電芯的初始阻抗、降低阻抗增長(zhǎng)率，提高電池容量恢復(fù)率，抑制產(chǎn)氣問(wèn)題，提高電池高溫存儲(chǔ)性能和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性能。

技術(shù)研發(fā)人員：楊娜,王宇航,梁偉路,劉欣,許志新
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6