[00872881]基于三元正极材料的高比能量锂离子电池电解液技术开发及产业化

电动汽车对高比能电池的需求带动了高镍三元正极材料的快速发展，然而高镍三元正极界面稳定性问题限制其大规模应用。该项目着力于解决传统电解液体系与新型高镍三元正极材料与电解液界面不稳定问题，重点关注NCM622，NCM811等新型正极材料在高电压工作状态下的性能发挥及稳定性问题，开发高比能动力电池，以应对新能源汽车对高比能动力电池越来越高的要求。 电解液被称为锂离子电池的“血液”，其对锂离子电池性能的发挥有着至关重要的作用，尤其是电极与电解液界面结构和性质。传统电解液体系在与新型高镍三元正极材料匹配时电极与电解液界面稳定性较差。镍的催化能力会促使电解液在正极材料表面分散，特别是在高电压和高温工作时，给电池的循环寿命和安全性带来严重挑战。因此，该项目针对基于三元正极材料的高比能量锂离子电池电解液技术开发及产业化进行研究，该项目研究主要成果如下： (1)新型溶剂和新型锂盐的搭配使用拓宽电解液的使用温度范围：通过反复实验发现LiPF₆、LiPO₂F₂、LiTFSi按质量比8：1：1混合时对电解液在高温条件下的稳定性有显著提高。同时，电解质锂盐配合正极成膜添加剂的使用进一步优化了电解液的高温性能；在添加特殊锂盐同时，通过引入有机羧酸酯或环状醚类混合溶剂来改善电解液的低温性能，开发出可在-40℃条件下使用的电解液； (2)产品配方优化，利用新型正极成膜添加剂延长使用寿命：利用新型添加剂优化电解液配方，开发可在高电压下稳定使用的电解液。通过引入二甲醚作为高电压条件下正极成膜添加剂，形成稳定的正极/电解液界面层，阻止电解液的持续性分解。并将三(五氟苯基)磷(TPFPP)作为双功能电解液成膜添加剂，其在正负极表面均可成膜，从而提高了电池电性能。 (3)新型阻燃剂配合过充电添加剂提高电池安全性：通过在电解液中加入环己基苯，提高了电池在过充电时的安全性能；并且引用三(2，2，2-三氟乙基)亚磷酸脂、六甲基磷腈、六氟环三磷腈等阻燃添加剂，配合过充添加剂的使用，综合提高电池在异常情况下的安全性能。 (4)建立精细化制造，提升电解液品质：以精细化生产理念为指引，控制电解液中水和杂质含量，提升电解液品质。该项目开发了一种碳酸甲乙酯制冷脱水装置，有效解决使用分子筛时粉尘大和脱水时分子筛产生热量造成EMC纯度下降的问题，从而优化工艺、降低成本、提高品质。同时，项目在实施过程中发明了一种二级过滤装置，能对电解液中极微量的固体杂质进行有效过滤，在提升生产效率的同时提升产品质量。 该项目实施以来，获授权发明专利3项，实用新型专利5项，发表SCI论文4篇。成果推广后，提高了三元正极材料的高比能量锂离子电池电解液技术能力，为企业累计新增销售额1.5亿元，近三年的项目市场化推广运营取得了显著的经济效益和社会效益。该研究工作的实施，为解决三元高比能量锂离子电池的循环寿命和安全性提供了重要的理论和技术支持。