[发明专利]一种高镍三元正极材料体系锂离子电池的高压电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其是涉及一种高镍三元正极材料体系锂离子电池的高压电解液。

 

背景技术

近年来，高能量密度锂离子电池受到越来越多的关注，虽然其中钴酸锂、三元材料、锰酸锂这三种体系的锂离子电池的充电电压最高已经达到4.5V，但是其能量密度依然不能满足电动汽车及其他高能量密度电子产品的需要。其中的三元材料（镍钴锰酸锂）提高镍的含量能大大提升材料的比容量，因此高镍三元材料必然是将来大型电池的一种理想材料。

但是高镍三元材料的充电电压较高(一般需要充到4.6V以上)，而常规碳酸酯溶剂与六氟磷酸锂组成的电解液体系在4.5V（vs.Li/Li⁺）以上时便会发生分解，从而造成整个电池体系性能的下降，特别是容量迅速衰减，因此研究适用于高镍三元正极材料体系锂离子电池的高压电解液具有重要意义。

申请公布号CN101908644A，申请公布日2010.12.08的中国专利公开了一种4.2V以上高电压下不易分解的锂离子电池电解液，其包含一种硫酸酯衍生物，所述的硫酸酯衍生物在电解液中所占的质量百分比为0.1%～10%。该电解液中添加的硫酸酯衍生物是一种负极成膜添加剂，不能在正极表面形成钝化膜，易导致正极材料在高压下会发生结构畸变，从而造成正极材料中的金属离子易在高温、高压下溶出，造成阻抗上升，使得电池的循环性能迅速下降，此外，该电解液的安全性能较差。

 

发明内容

本发明是为了解决现有技术的高压电解液易造成正极材料中的金属离子在高温、高压下溶出，造成阻抗上升，使得电池的循环性能迅速下降，同时安全性能较差的问题，提供了一种高镍三元正极材料体系锂离子电池的高压电解液，本发明的高压电解液具有较好的耐氧化、耐高温及安全特性，保证电池具有较好的循环寿命；同时具有较高的电导率，能保证电池的高倍率及功率特性，还具有较高的安全性，能大大提高动力电池的安全性能。

 

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种锂离子电池高压电解液，所述高压电解液由有机溶剂、电解质锂盐、正极成膜添加剂、负极成膜添加剂及抗氧化添加剂组成，其中，正极成膜添加剂为甲烷二磺酸亚甲酯，负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯，抗氧化添加剂为三乙二醇甲醚硼酸酯，以高压电解液的总质量为基准，正极成膜添加剂的添加量为0.5~1%；负极成膜添加剂的添加量为2~5%，抗氧化添加剂的添加量为0.5~1%。本发明以氟代碳酸乙烯酯作为负极成膜添加剂，氟代碳酸乙烯酯不仅能有效抑制电解液的分解，并能在负极表面优先发生反应，快速形成稳定牢固的SEI膜，阻止电解液与电极材料进一步的反应，防止石墨电极的脱落，并提高电导率，进而提高电池的可逆容量、循环性能，此外，氟代碳酸乙烯酯还可以提高电解液的闪点，改善电池安全性；甲烷二磺酸亚甲酯具有较低的氧化电压，能优先于溶剂分子在正极表面快速形成一层电导率较高的正极导电膜（CEI），该膜可以隔绝电解液和正极表面的直接接触，减少正极表面过渡金属离子对电解液的催化分解，还能防止高温、高压下正极中金属离子的溶出，有效抑制阻抗上升，此外，由于该膜具有优良的导电性，能在保护正极材料不发生结构退化的前提下，避免电极材料的完全失活，从而避免电池容量的衰减；三乙二醇甲醚硼酸酯通常用作新型高档制动液原料，常用于生产制动液、液压油、传热流体、润滑油等，而本发明中加入三乙二醇甲醚硼酸酯后，意外发现在使用过程中不仅不影响电池的冲放电性能及循环性能，反而电解液的电化学窗口得到了提升，电化学窗口可达到5.8V（vs.Li/Li⁺） ，可提高电解液的抗氧化性；本发明还对正极成膜添加剂、负极成膜添加剂、抗氧化添加剂的添加量进行了严格限定，正极成膜添加剂及负极成膜添加剂的添加量过多过少，均不能得到优质的钝化膜，尤其是正极导电膜的厚度对导锂性能影响较大，因此必须严格控制正极成膜添加剂的加入量以形成较薄、低阻抗的正极导电膜，而抗氧化添加剂的添加量只有控制在0.5~1%的范围内，解液的电化学窗口才得到提升。