一种电解液、耐高压锂离子电池及制备方法

本发明属于锂离子电池，更具体地，涉及一种电解液、耐高压锂离子电池及制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池广泛应用于电动车辆、电子设备和能源储存系统等领域。随着这些领域的快速发展和需求的增加，对锂的需求也不断上升。然而当前锂资源无法满足日益消耗量增长，其原因在于锂资源十分有限且分布不均衡，而分布于西部地区的盐湖地区的锂资源无法于冬季开发，供给与需求关系更加恶化。为了应对锂资源短缺问题，当前能源储存技术和电池材料需要进一步提升，以应对当前锂资源限制，实现锂资源的合理高效使用。

2、对于当前商用锂离子电池体系，其主要有钴酸锂-石墨、镍钴锰酸锂-石墨、磷酸铁锂-石墨三种体系为主。其单体电芯能量密度约为200-250wh/kg，这难以满足未来越来越高的车用电池能量密度需求。因此，提高当前电池体系的能量密度势在必行。在不改变正极材料使用下，最为合适的提高体系的能量密度方法仍是提高电池截止电压。然而，现有的商业电解液由于其较窄的电化学窗口，难以满足高电压电池体系需求(高于4.6v)，仅能在近4.3v左右实现电池正极材料稳定循环。为满足动力电池高比能的市场需求，研发锂离子电池高压电解液具有非常有前景的应用潜力。

3、当前体系采用锂离子电池高压电解液主要以传统电解液体系配合添加剂为主。专利cn116365038a公开了一种高压电解液添加剂配方，其在传统有机电解液中添加5％～90％固态电解质粉末，以实现高压体系的短期运行。然而，该类方案存在一定限制，已报道高压电解液体系循环寿命较低，难以达到国标水平。且由于为添加剂成膜，其高温荷电性能及高温存储性能难以满足国家标准。同时，由于传统体系配方复杂，如低温体系使用溶剂及比例较为特殊，盲目使用添加剂必然会造成低温性能消失，严重时会造成石墨性能大幅度衰减，造成电池严重衰退。

4、因此，当前高压电解液在大规模商业化运用方面遭遇诸多困难，或者成本高昂，或者存在其他难以商业化应用的危险，需进一步研究可靠的高压锂离子电解液，以满足未来动力电池需求。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电解液、耐高压锂离子电池及制备方法，旨在解决电解液在满足高电压电池体系需求时，难以实现成本低廉和循环安全性高的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电解液，包括第一电解液m1和第二电解液m2；所述第一电解液m1用于锂离子电池的一次注液和化成，第二电解液m2用于锂离子电池的二次注液和循环；

3、所述第一电解液m1包括主盐a1、添加剂a2和含腈主溶剂b1；所述主盐a1和添加剂a2于电解液中总摩尔浓度为0.5～1.5mol/l，所述含腈主溶剂b1的体积占电解液总体积比例为0.2～0.4；

4、所述第二电解液m2包括主盐a1和含腈主溶剂b1，含量与所述第一电解液m1中一致；

5、其中，所述主盐a1为二氟草酸硼酸锂。

6、可选的，所述含腈主溶剂b1为乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,3,5-戊烷三甲腈、2-氟己二腈中至少一种。

7、可选的，所述添加剂a2为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、高氯酸锂、六氟合砷酸锂中至少一种。

8、可选的，所述第一电解液m1和第二电解液m2中均还包括：成膜剂b2和助溶剂b3；

9、所述成膜剂b2和助溶剂b3的体积占电解液总体积比例均为0.2～0.4；

10、所述含腈主溶剂b1、成膜剂b2、助溶剂b3总体积分数总和为1。

11、可选的，所述成膜剂b2为碳酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸4,5-二甲基亚乙烯酯和氟代碳酸亚乙烯酯中至少一种。

12、可选的，所述助溶剂b3为三氟乙基甲基碳酸酯、三氟乙基碳酸酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、双氟代碳酸乙烯酯、二氟乙酸乙酯中至少一种。

13、第二方面，本发明还提供了一种耐高压锂离子电池，所述耐高压锂离子电池包含电池电芯和电解液，所述电解液采用如第一方面任一项所述的电解液，所述电池电芯包括正极片、负极片和隔膜。

14、可选的，所述正极片为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍锰酸锂、锰酸锂、镍酸锂中至少一种；

15、所述负极为石墨、硅碳、金属锂中至少一种。

16、第三方面，本发明还提供了一种耐高压锂离子电池的制备方法，用于制备如第二方面任一项所述的耐高压锂离子电池，包括：

17、s1：在手套箱中对主盐a1和添加剂a2进行烘干处理，其中，添加剂a2为一种含锂化合物；

18、s2：在手套箱中对溶剂进行分子筛除水处理；

19、其中，溶剂包括含腈主溶剂b1、成膜剂b2和助溶剂b3；

20、s3：在手套箱中，使用处理后的溶剂、主盐a1和添加剂a2配制第一电解液m1和第二电解液m2；其中，第一电解液m1包括主盐a1、添加剂a2、含腈主溶剂b1、成膜剂b2和助溶剂b3，第二电解液m2包括主盐a1、含腈主溶剂b1、成膜剂b2和助溶剂b3，两种电解液的主盐a1和含腈主溶剂b1含量一致；所述主盐a1和添加剂a2于电解液中总摩尔浓度为0.5～1.5mol/l，含腈主溶剂b1、成膜剂b2和助溶剂b3的体积占电解液总体积比例均为0.2～0.4，总体积分数总和为1；

21、s4：在超净间中，组装耐高压锂离子电池电芯，正极极片为c1，负极极片为c2，并选用第一电解液m1在手套箱中进行第一次注液封装，采用扣式电池/方壳电池/软包电池/圆柱型电池构造密封；

22、s5：将耐高压锂离子电池电芯在第一电解液m1中预搁置24h，并在预设温度下闭口化成；

23、s6：将化成电池减去气袋，并采用第二电解液m2进行二次注液；

24、s7：将耐高压锂离子电池电芯在第二电解液m2中搁置24h，得到耐高压锂离子电池。

25、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

26、1、本发明提供了一种电解液，电解液采用无氟的含腈主溶剂以及低氟含量的二氟草酸硼酸锂作为主盐，与传统高压电解液配方相比，本技术的电解液的氟化程度降低；现有以腈类为溶剂的电解液方案中，通常盐浓度为3-5mol/l，然而本方案中主盐a1和添加剂a2于电解液中总摩尔浓度为0.5～1.5mol/l，盐用量大幅下降，电解液成本低廉，对环境友好，适用于大规模工业化生产。并且，使用腈为主要溶剂，高腈添加量有利于实现电解液的高电导率，低粘度和高稳定性，极大拓宽了电解液的电化学窗口，腈强吸附特性实现了锂电池的高电压性能，实现锂离子电池体系比能量进一步提升。同时实现成本低廉和循环安全性高的效果，扩展了其在电动汽车、电子设备和能源储存系统中的规模化应用。

27、2、本发明提供了一种电解液，与传统高压电解液配方相比，本发明中成膜剂与共溶剂氟化程度适当，使得电解液热稳定性大幅提高，增加安全性能，从而使得基于此电解液制备的电池的健康生命周期长。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括第一电解液m1和第二电解液m2；所述第一电解液m1用于锂离子电池的一次注液和化成，第二电解液m2用于锂离子电池的二次注液和循环；

2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含腈主溶剂b1为乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、1,3,6-己烷三甲腈、1,3,5-戊烷三甲腈、2-氟己二腈中至少一种。

3.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂a2为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、高氯酸锂、六氟合砷酸锂中至少一种。

4.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一电解液m1和第二电解液m2中均还包括：成膜剂b2和助溶剂b3；

5.如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述成膜剂b2为碳酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸4,5-二甲基亚乙烯酯和氟代碳酸亚乙烯酯中至少一种。

6.如权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述助溶剂b3为三氟乙基甲基碳酸酯、三氟乙基碳酸酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、双氟代碳酸乙烯酯、二氟乙酸乙酯中至少一种。

7.一种耐高压锂离子电池，其特征在于，所述耐高压锂离子电池包含电池电芯和电解液，所述电解液采用如权利要求1-6任一项所述的电解液，所述电池电芯包括正极片、负极片和隔膜。

8.如权利要求7所述的电耐高压锂离子电池，其特征在于，所述正极片为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍锰酸锂、锰酸锂、镍酸锂中至少一种；

9.一种耐高压锂离子电池的制备方法，用于制备如权利要求7-8任一项所述的耐高压锂离子电池，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种电解液、耐高压锂离子电池及制备方法，属于电池制造技术领域。一种电解液包括第一电解液M1和第二电解液M2，第一电解液M1用于锂离子电池的一次注液和化成，第二电解液M2用于锂离子电池的二次注液和循环；第一电解液M1包括主盐A1、添加剂A2和含腈主溶剂B1；主盐A1和添加剂A2于电解液中总摩尔浓度为0.5～1.5mol/L，含腈主溶剂B1的体积占电解液总体积比例为0.2～0.4；第二电解液M2包括主盐A1和含腈主溶剂B1，含量与所述第一电解液M1中一致；主盐A1为二氟草酸硼酸锂。本发明中电解液氟化程度降低，盐用量大幅下降，电解液成本低廉，对环境友好，适用于大规模工业化生产。使用腈为主要溶剂，腈强吸附特性实现了锂电池的高电压性能。

技术研发人员：王康丽,张毓杰,何鑫,蒋凯,李浩秒
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5