CN113161609A - 一种富锂锰基高压电解液及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，提供了一种富锂锰基高压电解液及其制备方法。所述高压电解液包括有机溶剂和锂盐。本发明提供的电解液可以在正极材料表面形成一层均匀致密的保护层，保护正极材料的结构，避免正极材料与电解液的接触，减少副反应对正极材料的腐蚀，从而有效提高富锂锰基正极材料循环稳定性和倍率性能，抑制电压衰降，使富锂锰基正极材料可以满足商业化应用。与其他技术相比，本发明不需要复杂的添加剂，操作实施简单，更重要的是，低浓度电解液降低了电池体系的成本。

Description

一种富锂锰基高压电解液及应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地为一种富锂锰基高压电解液及应用。
背景技术
在众多正极材料中，富锂锰基正极材料因具有高比容量（超过250 mAh·g-1）、高能量密度（超过900Wh·kg-1）、高工作电压、热稳定性好、低成本等优点，被认为是高能量密度锂离子动力电池最有发展前景的材料之一。但是其存在着首次库伦效率低、倍率性能和循环性能差、比容量衰减较快和循环过程中电压平台不断衰降、无相匹配高压电解液等本质技术难题，造成了电池性能的下降，在某种程度上降低了其优越性，这些问题一直阻碍其成为商业化材料和进一步的产业化实际应用。
传统锂离子电池电解液一般由碳酸酯类有机溶剂及六氟磷酸锂(LiPF6)组成，但通常在工作电压大于4.5V时会发生氧化分解，所以会使锂离子电池性能降低。这样的电解液显然不能满足富锂锰基锂离子电池的需求，因此开发稳定的高压电解液对富锂锰基材料而言至关重要。
通常，将碳酸酯类电解液的浓度增加，通过增加锂离子与溶剂分子的络合数目，从而提高电解液的耐氧化性和稳定性，提高电池性能。高浓度电解液还可以提高阻燃性和电池安全性。比如专利CN08336411，CN108461818，CN108270035等，都是使用2-5mol/L的不同锂盐浓度。但是高浓度电解液会提高生产成本，不利于工业化生产和商业化应用。以此，需要开发性价比高的高压电解液，满足富锂锰基材料的高压使用，从而提升其电化学性能，以满足商业化应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高性价比富锂锰基高压电解液，其可以改善传统电解液在高压下易分解的问题，从而提供稳定的高压工作环境。
本发明的另一目的在于，提供一种简便、高效的高压电解液，解决富锂锰基材料循环、倍率性能差，电压衰降严重，无相匹配高压电解液的问题，从而提高其电化学性能，加速商业化应用进程。
为达到上述目的，本发明提供一种富锂锰基高压电解液，其主要包括有机溶剂和锂盐，本发明在制备电解液过程中不额外添加除有机溶剂和锂盐这两种基本成分以外的额外添加剂，在优化电解液的同时提高电池性能。所述锂盐为六氟磷酸锂，另外包括双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂中的任意一种；所述有机溶剂为链状碳酸酯和环状碳酸酯混合使用，其中环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙酯酯、氟代碳酸丙烯酯中的至少一种；链状碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、氟代碳酸甲乙酯、氟代碳酸二甲酯、氟代碳酸二乙酯、氟代乙酸乙酯中的至少两种。另一方面，本发明提供一种富锂锰基锂离子电池，其使用根据本发明所述的高压电解液，富锂锰基电池在高压下具有很好的循环稳定性和倍率性能，电化学性能得到极大的提高。
相较于现有技术，本发明专利至少具有以下效果：
本发明提供的电解液可以在正极材料表面形成一层均匀致密的保护层，保护正极材料的结构，避免正极材料与电解液的接触，减少副反应对正极材料的腐蚀。应用本发明电解液的富锂锰基正极材料，具有出色的循环稳定性和倍率性能，循环过程中的电压衰降得到大大抑制。本发明通过简单、高效的电解液，解决了富锂锰基正极材料的本质缺点问题，从而加速富锂锰基走向商业化应用的步伐。本发明不需要复杂的添加剂，实施简单，更重要的是，低浓度电解液降低了电池体系的成本。
附图说明
图1为本发明实施例1中富锂锰基电池的循环性能图。
图2为本发明实施例1中富锂锰基电池的倍率性能图。
图3为本发明实施例1中富锂锰基电池的电压衰降性能图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，需要表明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：提供一种富锂锰基高压电解液及富锂锰基锂电池；
1）锂盐为主盐为六氟磷酸锂，使用浓度为0.9mol/L，另外包括双氟草酸硼酸锂，使用浓度为0.2mol/L；
2）有机溶剂为碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯和氟代乙酸乙酯的混合物，其按照体积比为1:2:1；
3）将锂盐加入到有机溶剂中，搅拌使其溶解，得到高压电解液；
4）使用配置好的高压电解液与富锂锰基正极材料一起组装扣式半电池，测试电化学性能。
实施例2：提供一种富锂锰基高压电解液及富锂锰基锂电池；
1）锂盐为主盐为六氟磷酸锂，使用浓度为0.8mol/L，另外包括双氟草酸硼酸锂，使用浓度为0.2mol/L；
2）有机溶剂为碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯和氟代乙酸乙酯的混合物，其按照体积比为1:2.5:1；
3）将锂盐加入到有机溶剂中，搅拌使其溶解，得到高压电解液；
4）使用配置好的高压电解液与富锂锰基正极材料一起组装扣式半电池，测试电化学性能。
需要说明的是，本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做的技术变形，或者根据现有技术而做的其他修改，比如改变浓度，比例等，只要没有超出本发明技术方案的思路和范围，均包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (5)

1.一种富锂锰基高压电解液，包括有机溶剂和锂盐，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂，另外添加剂包括双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂中的任意一种。
2.一种富锂锰基高压电解液，其特征在于，所述有机溶剂为链状碳酸酯和环状碳酸酯混合使用，其中环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙酯、氟代碳酸丙烯酯中的至少一种；
其中链状碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、氟代碳酸甲乙酯、氟代碳酸二甲酯、氟代碳酸二乙酯、氟代乙酸乙酯中的至少两种。
3.根据权利要求1、2所述，环状碳酸酯和链状碳酸酯的使用比例为环状碳酸酯：链状碳酸酯：链状碳酸酯=1：2：1~1：2.5：1。
4.根据权利要求1所述，其特征在于，所述六氟磷酸锂浓度为0.8-0.9 mol/L，其它添加剂使用浓度为0.2-0.5mol/L，优选为 0.1-0.2mol/L。
5.一种富锂锰基锂电池，包括富锂锰基正极材料、隔膜、锂负极和电解液，其特征在于，所述电解液为权利要求1-4中任一项所述的电解液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114497442A (zh) * 2022-01-17 2022-05-13 东莞新能安科技有限公司 电化学装置和电子装置
EP4160744A1 (en) * 2021-09-30 2023-04-05 Dongguan Amperex Technology Limited Electrochemical device and electronic device

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