[发明专利]一种高电压三元正极材料体系锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液领域，更具体地，本发明涉及一种高电压三元正极材料体系锂离子电池电解液。

背景技术

近年来，随着便携式电子设备、电动工具和电动汽车的发展，对锂离子电池能量密度提出了更高的要求。目前商业化的磷酸铁锂电池和钴酸锂电池或受能量密度制约，或受成本和安全性能制约，均不能满足大批量的电动工具和电动汽车对电池的使用需求。

LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂三元正极材料因具有成本低、安全性较好、克容量高等优点，被认为是新一代锂离子电池的主流正极材料，是现今锂离子电池领域研究的一大热点。

三元正极材料中镍含量越高，克容量值和电池能量密度也越高。但是高镍含量材料吸水性强、稳定性也随之降低，特别是在高电位下，镍元素的催化作用会加速常规电解液的分解，导致电池循环性能降低、高温条件气胀严重。因此，开发适用于高电压三元正极材料体系锂离子电池的电解液迫在眉睫。

在现阶段常用的锂离子电池电解液高温添加剂中：1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)和1,4-丁烷磺酸内酯(1,4-BS)两种添加剂仍无法有效抑制高温条件下高电压三元电池的产气；1,3-丙烯磺酸内酯(1,3-PST)抑制高温产气显著，然而其存在成膜过厚、首次充放电不可逆容量大和循环性能差的问题。公开号为CN104332650A的中国专利采用“甲烷二磺酸亚甲酯+氟代碳酸乙烯酯”的技术路线制备了一种高镍三元正极材料体系锂离子电池的高压电解液，氟代碳酸乙烯酯具有良好的负极成膜性能，能有效改善电池循环，但是其在高温条件下的不稳定性，很容易引起电池产气、电池可逆容量损失严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高电压三元正极材料体系锂离子电池电解液，使用该电解液制备的石墨/LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂电池3.0V～4.35V循环寿命长，85℃高温下4.35V满电储存产气少、容量剩余率和容量恢复率高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高电压三元正极材料体系锂离子电池电解液，包括非水溶剂、六氟磷酸锂及功能添加剂，所述功能添加剂包括环状酸酐化合物、锂盐型添加剂和甲烷二磺酸亚甲酯，所述环状酸酐化合物结构通式为：

其中R₁、R₂、R₃、R₄独立地为氢原子、氟原子、碳原子数为1～4的直链或支链烃基的任一种。

所述环状酸酐为琥珀酸酐、马来酸酐、2-甲基琥珀酸酐、2,3-二甲基琥珀酸酐和(2-甲基-2-丙烯-1-基)琥珀酸酐中的至少一种。

所述锂盐型添加剂为双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、Li₂B₁₂F₁₂、LiB(CN)₄和LiPO₂F₂中的至少一种。

所述环状酸酐用量占锂离子电池电解液总质量的0.3％～5.0％。

所述锂盐型添加剂用量占锂离子电池电解液总质量的0.1％～5.0％。

所述甲烷二磺酸亚甲酯用量占锂离子电池电解液总质量的0.5％～3.0％；所述六氟磷酸锂用量占锂离子电池电解液总质量的10.0％～16.0％。

所述非水溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯。

所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种；所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的至少一种。

锂离子电池电解液还包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、丁二腈、己二腈、1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1,3,6-己烷三腈中的任一种及以上；其占锂离子电池电解液的总质量的0.5％～10.0％。

一种锂离子电池：包括正极片、负极片、隔膜以及本发明所述的高电压三元正极材料体系锂离子电池电解液。

与现有技术相比，本发明的优势有：