本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種電解液及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、

2、高比容量的負(fù)極材料是提高鋰離子電池能量密度的重要突破口，硅基材料因為其高理論比容量(si：4200mah/g，sio:2650mah/g)，適宜的放電電位以及在自然界中較為豐富的儲量被認(rèn)為是最有可能取代石墨的負(fù)極材料。但是單質(zhì)硅在鋰離子電池中的商業(yè)化應(yīng)用存在諸多問題，首先，硅基材料作為負(fù)極在電池循環(huán)中會出現(xiàn)體積膨脹問題，并且可能會導(dǎo)致活性顆粒的破裂、硅粉化和活性物質(zhì)脫落的問題。其次，硅負(fù)極在首次循環(huán)過程中伴有較大的體積膨脹，由于硅體積發(fā)生變化固體電解質(zhì)界面膜(sei)會隨之破裂，新暴露在表面的硅會生產(chǎn)新的sei膜，同時會不斷消耗電解液中的鋰離子，降低了首次庫倫效率。更嚴(yán)重的是，在循環(huán)過程中由于電極材料的體積變化，使硅負(fù)極界面的sei膜重復(fù)生長破裂，極大地影響了循環(huán)穩(wěn)定性。由于硅基負(fù)極材料的體積效應(yīng)，硅基負(fù)極在電解液中難以形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜，并且在電池循環(huán)過程中存在電極結(jié)構(gòu)被破壞，暴露的硅基表面會不斷的形成新的固體電解質(zhì)界面膜，導(dǎo)致了負(fù)極材料的腐蝕以及容量衰減。

3、正極linixcoymnzo2(ncm)中高的ni含量可促使更多的ni2+參與氧化還原過程(ni2+ni4+)，從而能提升電池的能量密度。不過隨之而來的是，正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性顯著下降，這主要是因為隨著ni含量提升，增大了正極材料的li+/ni2+混排；再者，各向應(yīng)力應(yīng)變摧毀正極的層狀結(jié)構(gòu)，這會引起循環(huán)后期的顆粒破損；同時也會導(dǎo)致過渡金屬離子溶出和電解液在高電壓下的分解。

4、為了改善高ni材料的界面穩(wěn)定性，表面包覆和電解液添加劑都是常用的方法，通過在正極表面形成一層惰性層的方法，抑制電解液在正極材料表面的氧化分解，通常采用單一功能添加劑進(jìn)行改善，但改善效果有限。

5、硅負(fù)極具有很高克容量，但其體積膨脹大，界面膜非常不穩(wěn)定，通常采用碳酸亞乙烯酯(vc)添加劑進(jìn)行改善，但vc自身穩(wěn)定性差，且改善程度有限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中固體電解質(zhì)界面膜穩(wěn)定性差的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電解液及鋰離子電池。

2、本發(fā)明提供一種電解液添加劑，所述電解液添加劑的結(jié)構(gòu)通式為如下式(i)：

3、

4、其中，r1～r5中至少一個為f原子，r1～r5各自獨立地為h原子、甲基或氨基。

5、本發(fā)明電解液添加劑為上述結(jié)構(gòu)通式的化合物，第一方面，與電解液中的組成溶劑——線性碳酸酯和環(huán)狀碳酸酯相比，該電解液添加劑具有低lumo、高h(yuǎn)omo能級的性質(zhì)，呈現(xiàn)出電解液溶劑化與電極界面的雙重調(diào)控作用；第二方面，促使在正負(fù)極表面形成豐富無機(jī)鋰鹽——li2s、li3n和lif，三種無機(jī)鋰鹽協(xié)同作用能更好保護(hù)正負(fù)極界面，li3n是一種層狀結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)，具有二維離子遷移通道，室溫電導(dǎo)率達(dá)到10～3s/cm，離子電導(dǎo)率高，富含lif和苯環(huán)骨架可以形成致密、剛性的固體電解質(zhì)界面膜，且lif和li2s熱穩(wěn)定性高；第三方面，抑制發(fā)生在正極ncm表面的碳酸乙烯酯(ec)脫氫反應(yīng)，ec發(fā)生脫氫反應(yīng)電解液的酸度增高導(dǎo)致三價錳的歧化反應(yīng)加劇，一旦二價錳產(chǎn)生，由于其高度的溶解性會溶解在電解液里，隨后二價錳會由于電場作用遷移到負(fù)極，沉積在sei膜上，對sei膜有很強(qiáng)的破壞作用，對于電解液本身，二價錳也會有催化分解作用。本發(fā)明的電解液添加劑同時含呋喃、氟和磺酰胺多種官能團(tuán)，lewis?acid的呋喃不僅具有中等的介電常數(shù)還擁有較低的li+去溶劑化能，保證了li+良好絡(luò)合能力的同時，具備高效的去溶劑化能力，呋喃還具有低熔點和低粘度優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于低溫領(lǐng)域，在解決低溫充電、提高快充有較好的效果；氟具有弱溶劑化，能形成富lif的界面膜；磺酰胺基可以提高電解液的抗氧化性，能使高鎳正極材料在高電壓具有良好穩(wěn)定性；該電解液添加劑分子結(jié)構(gòu)中f、芳基和磺酰胺存在共軛體系，使得分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定更優(yōu)；氟和磺酰具有阻燃效果。本發(fā)明電解液添加劑通過上述作用協(xié)同調(diào)控，可以提高鋰離子電池的循環(huán)性能、倍率性能和安全性能。

6、優(yōu)選地，所述電解液添加劑的包括如下結(jié)構(gòu)式中的至少一種：

7、

8、本方案所述電解液添加劑的包括上述結(jié)構(gòu)式中的至少一種，上述結(jié)構(gòu)式所述電解液添加劑可以進(jìn)一步提高鋰離子電池的循環(huán)性能、倍率性能和安全性能。

9、本發(fā)明提供一種電解液，包括所述電解液添加劑。

10、優(yōu)選地，在所述電解液中，所述電解液添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～4％。

11、本方案在所述電解液中，所述電解液添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～4％，既可以充分實現(xiàn)電解液添加劑的上述技術(shù)效果，又可以確保鋰離子電池的循環(huán)性能和倍率性能提高，同時維持合理的成本。

12、優(yōu)選地，所述電解液還包括線性碳酸酯和環(huán)狀碳酸酯。

13、優(yōu)選地，所述線性碳酸酯包括碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸甲丙酯(mpc)中的至少一種，所述環(huán)狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯(ec)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、碳酸丙烯酯(pc)中的至少一種。

14、優(yōu)選地，所述電解液還包括含硫添加劑和鋰鹽添加劑；在所述電解液中，所述含硫添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～3％，所述鋰鹽添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～1％。

15、本方案所述電解液還包括含硫添加劑和鋰鹽添加劑；在所述電解液中，所述含硫添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～3％，所述鋰鹽添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～1％，電解液中包括含硫添加劑和鋰鹽添加劑，且含硫添加劑和鋰鹽添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在該范圍，既可以在電極表面形成穩(wěn)定致密的sei膜，提升電解液的高溫性能，抑制氣脹和減少電池內(nèi)阻，又可以減少sei膜有機(jī)成分含量。

16、優(yōu)選地，所述含硫添加劑包括1,3-丙磺酸內(nèi)酯、硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯中的至少一種。

17、優(yōu)選地，所述鋰鹽添加劑包括lipo2f2、liodfb、liodfp、libob中的至少一種。

18、優(yōu)選地，在所述電解液中，還包括濃度為1.2～1.5mol/l的六氟磷酸鋰lipf6。

19、本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包括所述電解液。

技術(shù)特征：

1.一種電解液，其特征在于，所述電解液包括電解液添加劑，所述電解液添加劑的結(jié)構(gòu)通式如下式(ⅰ)所示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，所述電解液添加劑的包括如下結(jié)構(gòu)式中的至少一種：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，在所述電解液中，所述電解液添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～4％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，所述電解液還包括線性碳酸酯和環(huán)狀碳酸酯。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電解液，其特征在于，所述線性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述電解液，其特征在于，所述環(huán)狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述電解液，其特征在于，所述電解液還包括含硫添加劑和鋰鹽添加劑；在所述電解液中，所述含硫添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～3％，所述鋰鹽添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～1％。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述電解液，其特征在于，所述含硫添加劑包括1,3-丙磺酸內(nèi)酯、硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述電解液，其特征在于，所述鋰鹽添加劑包括lipo2f2、liodfb、liodfp、libob中的至少一種。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～9任一項所述電解液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電解液，所述電解液包括電解液添加劑，所述電解液添加劑的結(jié)構(gòu)通式如下式(Ⅰ)所示：其中，R1～R5中至少一個為F原子，R1～R5各自獨立地為H原子、甲基或氨基。本發(fā)明電解液添加劑為式(Ⅰ)所示的化合物，第一方面，呈現(xiàn)出電解液溶劑化與電極界面的雙重調(diào)控作用；第二方面，促使在正負(fù)極表面形成豐富無機(jī)鋰鹽——Li2S、Li3N和LiF，能更好保護(hù)正負(fù)極界面；第三方面，抑制發(fā)生在正極NCM表面的碳酸乙烯酯(EC)脫氫反應(yīng)。本發(fā)明的電解液添加劑同時含呋喃、氟和磺酰胺多種官能團(tuán)，可以提高鋰離子電池的循環(huán)性能、倍率性能和安全性能。

技術(shù)研發(fā)人員：謝英朋,趙瑞瑞,冀亞娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：惠州億緯鋰能股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10