[发明专利]一种高电压电解液及其应用

说明书

本发明提供了一种高电压电解液及其应用，所述电解液包括溶剂、锂盐、成膜添加剂和饰膜添加剂，所述饰膜添加剂为双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体，所述电解液含有双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体和成膜添加剂，所述双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体可以同时改善电解液与正负极界面的兼容性，显著提升电池在高电压(4.3V)时的循环稳定性，有效提升了电池在高电压下的电性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种高电压电解液及其应用。

背景技术

随着人们对锂离子电池大型化及高续航的追求，高能量密度锂离子电池的开发迫在眉睫。材料的能量密度由比容量及截止电压决定，对于三元体系材料而言，镍含量越高材料的比容量越高，然而随着镍含量的升高，正极与电解液的界面稳定性变差。另一种有效且经济的方法是提高上限电压来增加能量密度。为此需开发一款适应于高电压体系的电解液以满足人们对高能量密度锂离子电池的需求。经过多年的发展和优化，目前商业化的电解液主要由电解质、溶剂和添加剂三部分组成。溶剂主要为有机碳酸酯和有机羧酸酯，有机碳酸酯可分为环状碳酸酯和线性碳酸酯，环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)及其衍生物。线性碳酸酯包括碳酸甲基乙基酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等。羧酸酯包括丙酸丙酯(PP)、乙酸丙酯(PA)、丙酸乙酯(EP)较为常见。单一环状碳酸酯及线性碳酸酯均不能使电池正常工作。为此需将介电常数较高的碳酸乙烯酯(EC)与粘度较低的线性碳酸酯混合使用，以确保电池具有优异的性能。

对于高电压(≥4.3V)体系而言，电池主要的失效模式为：(1)高电压下正极侧具有较强的氧化活性，导致电解液中溶剂组分的大量分解，形成较厚的CEI膜阻碍离子的扩散。(2)高电压下，正极材料释氧会加速电解液溶剂组分的氧化。

CN109301324A公开了一种高能量密度锂离子电池电解液，该电解液由包括如下重量百分比的原料制成：锂盐20-60％，非水有机溶剂20-60％，添加剂0.5-10％；以上各组分之和等于100％；所述的锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂与硫酸二氟硼酸锂。其所述电解液在高压条件下无法正常使用。

CN108470927A公开了一种高能量密度钒电解液的制备方法及其应用。本其先获得低分子量(400～800)聚马来酸，然后再将其与五氧化二钒、硫粉、硫酸进行反应，通过控制反应终点，脱气除杂，调配浓度来制取高浓度钒电解液(3.5价)。其所述电解液制备方法繁琐、较难控制，且无法在高压下保持良好的性能。

上述方案所述电解液均无法在高压(≥4.3V)的条件下保持良好的电化学性能，因此，开发一种能量密度高，且在高压下仍能保持良好电化学性能的电解液是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高电压电解液及其应用，所述电解液含有双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体和成膜添加剂，所述双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体可以同时改善电解液与正负极界面的兼容性，显著提升电池在高电压(≥4.3V)时的循环稳定性，有效提升了电池在高电压下的电性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种高电压电解液，所述电解液包括溶剂、锂盐、成膜添加剂和饰膜添加剂，所述饰膜添加剂为双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体。

高电压下(≥4.3V)时，电解液在正极界面处的副反应增多，一方面消耗电解液导致液相阻抗增加，另一方面，形成较厚的CEI膜增加了电荷转移阻抗，本发明所述高电压电解液中含有成膜添加剂和作为饰膜添加剂的双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体，二者匹配作用，可以改善正极侧成膜性能，减少电解液消耗同时降低电荷传递阻抗。

优选地，所述双三氟甲磺酰亚胺盐类离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、N-丙基-N-甲基吡咯双(三氟甲烷磺酰)亚胺或N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺中的任意一种或至少两种的组合。