本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體而言，涉及一種電池電解液及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著動(dòng)力電池及電化學(xué)儲(chǔ)能的迅速發(fā)展，鋰離子電池在可規(guī)?；膬?chǔ)能器件中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是作為新能源電動(dòng)汽車動(dòng)力來源。然而，隨著新能源汽車的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的性能要求在逐步提升，尤其是尋求更高能量密度、高快充電能力、高穩(wěn)定性、低成本體系的鋰離子電池是目前鋰電池發(fā)展的主流方向。為了滿足鋰電池發(fā)展的要求，新一代的正極材料磷酸錳鐵鋰(lmfp)的研究取得了快速發(fā)展。但是，磷酸錳鐵鋰電池正極材料具有雙電壓平臺(tái)，由jahn-teller效應(yīng)導(dǎo)致的錳析出問題仍然十分突出，影響了電芯的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。目前，通過向成熟的商用電解液中添加少量添加劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池中界面的調(diào)控，進(jìn)而提升電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，該方法被認(rèn)為是行之有效并且可以大規(guī)模應(yīng)用的一種方法。

2、在電池正極材料中，磷酸鐵鋰(lfp)電壓平臺(tái)為3.4v，而具有雙電壓平臺(tái)的磷酸錳鐵鋰(lmfp)電壓可達(dá)4.1v，理論上lmfp能量密度較前者可提高20％以上，但是目前現(xiàn)有的商用的電解液很難在4.1v的高壓下保證電芯的長(zhǎng)期、快速且穩(wěn)定的循環(huán)。另一方面，在電芯充放電過程中，jahn-teller效應(yīng)導(dǎo)致的錳析出問題會(huì)造成電極活性材料的損失，從而影響電芯的循環(huán)和快充性能，這個(gè)問題在傳統(tǒng)的三元或者磷酸鐵鋰正極體系的電解液中無法得到解決?？傊捎诹姿徨i鐵鋰電池正極材料的特殊性，暫時(shí)還未有較為理想的實(shí)用型電解液可以實(shí)現(xiàn)鋰離子電池在較高倍率下的穩(wěn)定循環(huán)。想要解決上述問題，還需要有針對(duì)性地從溶劑、鋰鹽、添加劑等多個(gè)維度開發(fā)適配磷酸錳鐵鋰的電解液。

3、高電壓鋰離子電池中電池失效的一個(gè)容易被忽視但卻很關(guān)鍵的問題是陰離子嵌入到陰極導(dǎo)電碳中。專利cn107959050a中公開了一種鋰離子電池用砜基電解液，其中明確了砜類的溶劑可以通過在界面形成保護(hù)屏障從而提高電芯的循環(huán)穩(wěn)定性。例如環(huán)丁砜(sl)，其可通過兩種機(jī)理防止陰離子的嵌入：(1)通過其強(qiáng)大的陰離子-li+相互作用來提供高的嵌入激活障礙；(2)通過形成含硫，陰離子封閉的sl衍生的中間相。在這兩種機(jī)理的共同作用下，可以使lmfp/ncm石墨全電池(截止電壓＝5.2v)穩(wěn)定運(yùn)行。但是，該發(fā)明公開的方法中，砜類溶劑占比很高，超過了30％，這會(huì)導(dǎo)致電解液整體的粘度過高，無法滿足高離子電導(dǎo)率和快充性能的要求。

4、綜上，目前還未找到一種合適的電池電解液，使其既能滿足高電壓平臺(tái)下穩(wěn)定運(yùn)行，又能實(shí)現(xiàn)快速充電的電池電解液，用以實(shí)現(xiàn)以磷酸錳鐵鋰為正極材料的主要活性物質(zhì)的鋰電池的快速充電以及在較高電壓下長(zhǎng)期穩(wěn)定的循環(huán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種電池電解液及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中磷酸錳鐵鋰電池正極材料在應(yīng)用于鋰離子電池時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)鋰離子電池既能達(dá)到快速充電的效果，又能在高電壓平臺(tái)下穩(wěn)定的運(yùn)行。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了電池電解液，電池電解液包括：鋰鹽、醚類溶劑、砜類溶劑和添加劑。

3、進(jìn)一步地，砜類溶劑選自具有如下式(ⅰ)所示結(jié)構(gòu)的化合物中的一種或多種：

4、其中，r1和r2各自獨(dú)立地選自h、c1～c20的烷基、c3～c20的環(huán)烷基、c6～c30的取代或未取代的芳基、c6～c30的芳烷基或至少部分氫被鹵素取代的c1～c6的直鏈烷基；或者，r1、r2及二者所鍵合的s原子共同形成四至八元環(huán)；優(yōu)選地，r1和r2各自獨(dú)立地選自h、c1～c5的烷基、c3～c6的環(huán)烷基、c6～c12的芳基、c6～c14的芳烷基或至少部分氫被鹵素取代的c1～c3的直鏈烷基；或者，r1、r2及二者所鍵合的s原子共同形成四至五元環(huán)；更優(yōu)選地，c1～c5的烷基為甲基、乙基或丙基，c3～c6的環(huán)烷基為環(huán)丙基、環(huán)丁基或環(huán)戊基，c6～c30的取代或未取代的芳基為苯基、甲基苯基、乙基苯基或聯(lián)苯基，至少部分氫被鹵素取代的c1～c6的直鏈烷基為氯甲基、二氯甲基、溴甲基、二溴甲基、氯乙基、二氯乙基、氟甲基、二氟甲基或二氟乙基；進(jìn)一步優(yōu)選地，砜類溶劑為環(huán)丁砜和/或3-甲基環(huán)丁砜。

5、進(jìn)一步地，醚類溶劑為四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的一種或多種。

6、進(jìn)一步地，鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、六氟砷酸鋰、全氟烷基磺酰甲基鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或多種；優(yōu)選地，電池電解液中鋰鹽的濃度為1～2mol/l；進(jìn)一步優(yōu)選地，電池電解液中鋰鹽的濃度為1.5～2mol/l。

7、進(jìn)一步地，電池電解液中砜類溶劑和醚類溶劑的重量比為(5～30):(70～95)；優(yōu)選地，砜類溶劑和醚類溶劑的重量比為(10～20):(85～90)。

8、進(jìn)一步地，添加劑為氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、三炔丙基磷酸酯、三(三甲基硅烷)亞磷酸酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亞甲酯、雙草酸硼酸鋰、丁二腈和己二腈中的一種或多種；優(yōu)選地，添加劑為氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、三炔丙基磷酸酯、三(三甲基硅烷)亞磷酸酯、硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亞甲酯、雙草酸硼酸鋰、丁二腈和己二腈中的至少兩種；優(yōu)選地，添加劑的加入量為電池電解液總重量的1.5～3.5％；進(jìn)一步優(yōu)選地，添加劑的加入量為電池電解液總重量的1.5～2.5％。

9、進(jìn)一步地，鋰鹽為六氟磷酸鋰，醚類溶劑為四氫呋喃，砜類溶劑為環(huán)丁砜，添加劑為雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯，其中，六氟磷酸鋰的濃度為1.5～2mol/l，環(huán)丁砜和四氫呋喃的質(zhì)量比為(10～15):(85～90)，雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯的加入量為1.5～2.5％且雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯的質(zhì)量比為1:(2～4)；或者，鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰，醚類溶劑為四氫呋喃，砜類溶劑為環(huán)丁砜，添加劑為雙草酸硼酸鋰和碳酸亞乙烯酯，其中，雙氟磺酰亞胺鋰的濃度為2mol/l，環(huán)丁砜和四氫呋喃的質(zhì)量比為(10～15):90，雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯的加入量為1.5％且雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯的質(zhì)量比為1:2；或者，鋰鹽為六氟磷酸鋰，醚類溶劑為四氫呋喃，砜類溶劑為環(huán)丁砜，添加劑為雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯，其中，六氟磷酸鋰的濃度為2mol/l，環(huán)丁砜和四氫呋喃的質(zhì)量比為15:85，雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯的加入量為1.5％且雙草酸硼酸鋰和硫酸乙烯酯的質(zhì)量比為1:2。

10、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了上述電池電解液的制備方法，該電池電解液的制備方法包括以下步驟：s1，將砜類溶劑和醚類溶劑混合，除雜、除水，得到混合溶劑；s2，將鋰鹽加入至混合溶劑，得到預(yù)混溶液；s3，將添加劑加入至預(yù)混溶液，得到電池電解液。

11、進(jìn)一步地，上述除雜、除水過程是通過將混合溶劑經(jīng)除雜、除水試劑過濾后得到，其中，除雜、除水試劑為分子篩、活性炭、氫化鈣、氫化鋰、無水氧化鈣、氯化鈣、五氧化二磷、堿金屬或堿土金屬中的一種或多種；優(yōu)選地，分子篩為3a型分子篩、4a型分子篩和5a型分子篩中的至少一種；優(yōu)選地，分子篩為4a型分子篩和/或5a型分子篩。

12、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括上述電池電解液和以磷酸錳鐵鋰材料為活性物質(zhì)的電池正極，優(yōu)選鋰離子電池在下限電壓2.75至2.90v，上限電壓4.30至4.80v下充放電1000次的容量保持率大于80％，且其充電速率≥3c。

13、本發(fā)明提供了一種電池電解液，該電池電解液包括：鋰鹽、醚類溶劑、砜類溶劑和添加劑。電池電解液中的溶劑的種類是影響電池的充電性能和循環(huán)性能的重要因素之一，在電池電解液中使用砜類溶劑，可以通過使其在電解液界面形成保護(hù)屏障從而提高電芯的循環(huán)穩(wěn)定性；而將醚類溶劑和砜類溶劑配合用于電池電解液中，一方面可以降低電池電解液的粘度，另一方面兩者在電解液中又可以共同和鋰鹽以及添加劑協(xié)同作用，兩個(gè)方面的作用的配合實(shí)現(xiàn)了提高電池電解液的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)窗口以及提高電芯循環(huán)穩(wěn)定性的目的，進(jìn)而使所得電池既能達(dá)到快速充電的效果，又能實(shí)現(xiàn)在高電壓平臺(tái)下穩(wěn)定運(yùn)行。