电解液及半固态电池的制作方法

本发明属于电池领域，具体涉及一种电解液及半固态电池。

背景技术：

1、固态电池因其比传统液态锂离子电池更高的能量密度和更强的热稳定性而备受瞩目。半固态电池作为从传统液态电池向全固态电池转变的过程中的阶段性成果，兼具固态电池和液态电池的优点，使得相关科研单位对半固态电池的研发投入了大量资源。同时，又因为半固态电池制造过程与现有液态电池有相似之处，使其生产设备能与现有液态电池生产设备兼容。因此，半固态电池技术预计可以在较短时间内达成商业化落地，同时能够使锂离子电池性能提升一个台阶。

2、半固态电池的关键材料技术包括正极材料、负极材料、隔膜材料以及电解液材料的开发。电解液材料作为电池的“血液”，承担着在正负极之间传递离子的责任。由于电解液与正负电极直接接触，所以要求电解液能够同时与正极和负极材料有良好的兼容性，具有宽化学稳定窗口，同时也能在正负极表面形成有效的sei。因此，电解液需要根据电极材料、电池特性和电池性能需求进行调整。

3、当前，在半固态电池领域，富锂锰基正极材料因其特性正在受到很大关注。富锂锰正极工作电压高，放电克容量高达300mah，能够极大提升电池的能量密度。富锂锰材料主要使用锰金属，价格相对钴和镍更加低廉，能够降低电池材料成本。然而富锂锰材料也面临一些亟待解决的问题。首先，富锂锰的超高工作电压也为其应用造成了阻碍。富锂锰电池的上限截止电压可达4.6v，常规电池电解液的稳点电压窗口在2.0-4.3v之间，过高的电压会导致电解液在正极侧发生氧化分解等副反应，在成电池产气等后果，严重影响电池性能和安全性。其次，富锂锰材料碱性强，极易吸水，对电池生产现场条件要求较为苛刻，水分过多也会导致电池性能下降。最后，富锂锰材料和固态电解质材料都有离子电导率较低的弱点，两者相结合构成的富锂锰半固态电池功率性能较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种电解液及半固态电池。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种电解液，包括锂盐、溶剂以及添加剂；所述的添加剂包括溶剂添加剂；所述的溶剂添加剂包括低homo能级溶剂；优选的，所述的低homo能级溶剂为2,2,2-三氟乙醇tfea。

4、所述的低homo能级溶剂在电解液中的质量占比为2-8％；优选为8％。

5、所述的溶剂添加剂还包括除酸除水添加剂；

6、优选的，所述的除酸除水添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯tmsp、或者三(三甲基硅烷)硼酸酯tmsb中的一种或者混合；

7、优选的，所述的除酸除水添加剂的在电解液中的质量占比为0.5-0.8％。

8、所述的除酸除水添加剂为三(三甲基硅烷)磷酸酯tmsp与三(三甲基硅烷)硼酸酯tmsb的混合物；优选的，二者的质量比例为3：(3-5)。

9、所述的溶剂添加剂还包括氟苯类浸润添加剂；优选的，所述的氟苯类浸润添加剂为氟代苯fb；

10、优选的，所述的氟苯类浸润添加剂在电解液中的质量占比为0.5-2％，优选为1％。

11、所述的添加剂还包括成膜添加剂；优选的，所述的成膜添加剂为二氟二草酸磷酸锂liodfp；

12、优选的，所述的二氟二草酸磷酸锂liodfp在电解液中的质量占比为0.2-1％；优选为0.5％。

13、所述的溶剂包括碳酸酯类、硫酸酯类、磺酸酯类、氟代酸酯类、氟代硫酸酯类、或者氟代磺酸酯类的一种或者混合；

14、优选的，所述的溶剂包括碳酸丙烯酯pc、碳酸乙烯酯ec、碳酸亚乙烯酯vc、碳酸甲乙酯emc、碳酸二甲酯dmc、碳酸二乙酯dec、氟代碳酸乙烯酯fec、亚硫酸丙烯酯ps、硫酸乙烯酯dtd、丙烯基-1,3-磺酸内酯pst、甲烷二磺酸亚甲酯mmds中的一种或者混合；

15、优选的，所述的溶剂为碳酸丙烯酯pc、碳酸甲乙酯emc、氟代碳酸乙烯酯fec、硫酸乙烯酯dtd的混合；

16、优选的，碳酸丙烯酯pc、碳酸甲乙酯emc、氟代碳酸乙烯酯fec、硫酸乙烯酯dtd在电解液中的质量占比为：6：(61.5-69.8)：(5-8)：1。

17、所述的锂盐为lipf6、libob、libf4、liodfb、litfsi、lifsi、lipo2f2、lifop的一种或者混合；

18、优选的，所述的锂盐为lipf6与lifsi、lipo2f2的混合物；优选的，所述的lipf6、lifsi、lipo2f2的质量比例为：10:2:1.2。

19、本发明还包括一种半固态电池，包括所述的电解液。

20、所述的半固态电池，包括电解液、正极片、负极片以及隔膜；所述的正极片内的正极活性物质为固态电解质包覆的富锂锰基正极材料。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、本申请的电解液，通过采用低homo能级的溶剂添加剂，并可选的搭配功能添加剂(除酸除水及添加剂、氟苯类浸润添加剂、成膜添加剂)的电解液方案，能够有效提升电池在高电压下的稳定性，保护电解液-电极界面，抑制过渡金属溶出，减少由于水分、游离酸和过渡金属导致的电解液副反应，提升电池在高温存储测试中的表现，同时提升电池的循环寿命和倍率性能。

23、1、加入低homo能级的溶剂添加剂，能够提升电解液的抗氧化性能，从而提高电池在高电压下的性能。

24、2、加入添加除酸除水添加剂，降低电池体系中由于正极碱性残留物带来的水分和游离酸的含量，提升电池的整体性能。作为其中的优选形式，采用tmsp和tmsb混用的方案，两种硅烷类添加剂共同作用，与锂盐和低homo能级的溶剂添加剂一起在负极表面形成高熵sei，产生鸡尾酒效应，能够在保护电极的同时降低界面阻抗。

25、3、引入氟苯类浸润添加剂。该添加剂表面张力小，能够有效降低电解液浸润时间，增强固态电解质之间以及固态电解质与电极之间的接触，降低界面电阻，提升电池倍率性能。加入氟苯类浸润添加剂还能够降低电池的注液量，进一步提升电池能量密度。

26、4、为应对富锂锰基正极材料较为活泼的特性，加入了成膜添加剂liodfp。该添加剂能够在正负极表面有效成膜，抑制正极侧过渡金属溶出和迁移，提升电池的循环寿命和高温存储性能。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、溶剂以及添加剂；所述的添加剂包括溶剂添加剂；所述的溶剂添加剂包括低homo能级溶剂；优选的，所述的低homo能级溶剂为2,2,2-三氟乙醇tfea。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的低homo能级溶剂在电解液中的质量占比为2-8％；优选为8％。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的溶剂添加剂还包括除酸除水添加剂；

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的除酸除水添加剂为三(三甲基硅烷)磷酸酯tmsp与三(三甲基硅烷)硼酸酯tmsb的混合物；优选的，二者的质量比例为3：(3-5)。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的溶剂添加剂还包括氟苯类浸润添加剂；

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的添加剂还包括成膜添加剂；

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的溶剂包括碳酸酯类、硫酸酯类、磺酸酯类、氟代酸酯类、氟代硫酸酯类、或者氟代磺酸酯类的一种或者混合；

8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述的锂盐为lipf6、libob、libf4、liodfb、litfsi、lifsi、lipo2f2、lifop的一种或者混合；

9.一种半固态电池，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电解液。

10.根据权利要求9所述的半固态电池，其特征在于，包括电解液、正极片、负极片以及隔膜；所述的正极片内的正极活性物质为固态电解质包覆的富锂锰基正极材料。

技术总结本发明属于电池领域，具体涉及一种电解液及半固态电池。电解液包括锂盐、溶剂以及添加剂；所述的添加剂包括溶剂添加剂；所述的溶剂添加剂包括低HOMO能级溶剂；优选的，所述的低HOMO能级溶剂为2,2,2‑三氟乙醇TFEA。本申请的电解液，通过采用低HOMO能级的溶剂添加剂，能够有效提升电池在高电压下的稳定性，保护电解液‑电极界面，抑制过渡金属溶出，减少由于水分、游离酸和过渡金属导致的电解液副反应，提升电池在高温存储测试中的表现，同时提升电池的循环寿命和倍率性能。技术研发人员：朱莎,马洪运,孟辉受保护的技术使用者：天津力神新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6