[发明专利]一种LNCM锰系三元锂离子电池电解液、锂电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种LNCM锰系三元锂离子电池电解液、锂电池及其制备方法。该电解液制备原料包括：电解液添加剂、锂盐和溶剂，电解液添加剂在电池电解液中的占比为1~10 wt%，电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和硼酸三甲酯的混合。电解液中，将介电常数高的EC和粘度低的DEC、EMC混合使用，满足了电解液工作温度范围、电导率等多方面的要求。通过减少高熔点溶剂EC（熔点35‑38℃）的含量，而增大低熔点的共溶剂DEC（熔点‑43℃）和EMC（熔点‑55℃）的含量，拓宽了电解液的工作温度范围。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种LNCM锰系三元锂离子电池电解液、锂电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环性能好、储存时间长、自放电小等优点，广泛应用于3C电子产品、便携式电子设备、电动汽车和航天航空领域，有望逐步替代传统储能装置，如铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。目前，研究较多的正极材料包括锰系、镍系、钴系和钒系。

对于开发新一代的高性能锂离子电池体系而言，有效的途径之一是采用高电压的正极和高容量的负极材料，并开发与之相匹配的高压电解液和高性能隔膜，该类电池体系简称为高压锂离子电池。

针对正极材料，LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂（简写为LNCM）属于锰系三元正极材料，该类材料具有成本低、毒性小、热稳定性高、电压范围宽的优点。考虑到成本及现有电池制备工艺等因素，由碳酸酯类有机溶剂和六氟磷酸锂（LiPF6）组成的液态电解质在近期数年内仍将是动力电池的首选，但如此常规电解液在高电压下易氧化分解生成酸，进而会造成过渡金属Mn的溶出和材料晶体的开裂以及材料的相变，导致LNCM正极材料容量衰减严重，循环性能差，电导率和倍率性能低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种LNCM锰系三元锂离子电池电解液、锂电池及其制备方法。

根据本发明第一方面实施例的一种LNCM锰系三元锂离子电池电解液，制备原料包括：电解液添加剂、锂盐和溶剂，所述电解液添加剂在电池电解液中的占比为1~10 wt%，所述电解液添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和硼酸三甲酯的混合。

根据本发明的一些实施方式，所述电解液添加剂中，碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）和硼酸三甲酯（TB）的质量比为（1~3）：（1~3）：1。

根据本发明的一些实施方式，所述电解液添加剂中，VC、FEC和TB的质量比为1：1：1。

硼酸三甲酯（TB）的结构式如式：

。

硼酸三甲酯（TB）的使用，由于B原子的p轨道上有三个价原子，可形成稳定的缺电子键，即呈现Lewis酸性，可与LiPF6中的PF6-结合，提高LiPF6在电解液中的解离度，即提高游离Li⁺的浓度，从而提高电解液的电导率，同时抑制LiPF6分解产生HF，大大减轻LNCM锰系三元正极材料与电解液间的副反应，从而稳定电池体系。

碳酸亚乙烯酯（VC）是有机成膜添加剂与过充电保护添加剂，具有良好的高低温性能与防气胀功能，可以提高电池的容量与循环寿命。氟代碳酸乙烯酯（FEC）是常用的成膜添加剂，因其分子比碳酸乙烯酯（EC）多了1个-F键，而具有较高的电负性和较强的吸电子能力，抗氧化能力较强，阻止电解液分解，进而阻止痕量水和HF的分解、抑制更多的气体产生，提高电解液的低温性能和循环寿命。硼酸三甲酯（TB）可优先基准电解液氧化，在LNCM正极材料表面形成一层稳定的薄的低阻抗膜，低阻抗膜可以抑制电解液的分解和LNCM中过渡金属离子的溶出，提高了电池的循环稳定性和倍率性能。碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）及硼酸三甲酯（TB）的组合搭配，实现了功效协同。