[发明专利]一种提高锂离子电池高温及高电压性能的电解液及其在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种提高锂离子电池高温及高电压性能的电解液及其在锂离子电池中的应用，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其中：所述添加剂由甲氧基二苯基膦和负极表面成膜添加剂组成，甲氧基二苯基膦在电解液中的含量为0.01~10.0wt.%，负极表面成膜添加剂在电解液中的含量为0.02~5wt.%；所述有机溶剂由10~50wt.%环状碳酸酯、30~70wt.%线性碳酸酯组成；所述锂盐在电解液中浓度为0.5~2.5mol/L。本发明所提供的电解液，同时使用MDP和负极表面成膜添加剂作为组合添加剂，能够改善锂离子电池正极材料在高电压下的稳定性，抑制电解液在正极表面分解，改善高电压锂离子电池在常温和高温下的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种提高锂离子电池高温及高电压性能的电解液以及包括该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为电化学能源转换与存储的重要设备，在信息技术、电动车和混合动力车、航空航天等许多民用、军用领域被广泛应用。特别是近年来随着新能源汽车不断推广，对动力型锂离子电池的要求与研究也在迅速发展。特别是电动汽车领域，对电池的体积和重量都受到严格限制的情况下，电池的能量密度决定了电动汽车的单次最大行驶里程，因此，单体电池的能量密度需要继续提高。

提高锂离子电池的电压可以提高锂离子电池的能量密度，然而，锂离子电池的电压不断提高，更高的电压意味着正极材料具有更高的电极电位，电解液在正极的氧化分解更加严重，随着电池充放电循环进行，电池的内阻也逐渐增大，会导致锂离子电池的循环和存储性能的下降甚至失效。此外，高温会造成电池内部电极材料的活性增强，副反应增多，电池的循环性能也会很快下降。

现有技术中，研究者们采用一系列方法对材料表界面进行改性，通过改善电极表面膜的组成和结构等，提高电极材料在高电压以及高温下的循环性能。其中，对材料的改性包覆、机械研磨、表面成膜等方法工艺复杂，重复性低，成本较高。采用合适的添加剂改善电解液的组分操作简单且作用明显，比较有利于工业化应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种提高锂离子电池高温及高电压性能的电解液及其在锂离子电池中的应用，将包含甲氧基二苯基膦（MDP）和表面成膜剂的电解液应用到锂离子电池中后，不仅能够提高锂离子电池在高电压下的循环性能，而且能够提高锂离子电池在高温下循环稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高锂离子电池高温及高电压性能的电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂由甲氧基二苯基膦（MDP）和负极表面成膜添加剂组成，其中：甲氧基二苯基膦（MDP）在电解液中的含量为0.01 ~ 10.0 wt.%，负极表面成膜添加剂在电解液中的含量为0.02 ~ 5 wt.%；所述有机溶剂由10 ~ 50 wt.%环状碳酸酯、30 ~ 70 wt.%线性碳酸酯组成；所述锂盐在电解液中浓度为0.5 ~ 2.5 mol/L。

上述电解液可用于锂离子电池中，所述锂离子电池包括正极片、负极片、锂电池隔膜和上述电解液，其中，所述正极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性材料、粘接剂和导电剂，所述负极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括负极活性材料、粘接剂和导电剂。

本发明中，所述甲氧基二苯基膦（MDP）中磷原子为+3价，MDP在电解液中可优先于有机溶剂在正极表面氧化分解，有助于形成完整、致密的正极表面膜，提高正极表面膜的稳定性，有效阻隔材料与电解液的接触，抑制过渡金属离子对电解液的催化分解作用，从而抑制有机溶剂的进一步氧化分解，能有效的减少循环过程中正极界面阻抗的增加。同时，MDP可以结合正极材料在循环或存储过程中的活性氧分子，抑制电解液的氧化，可作为一种抗氧化剂。

本发明中，所述负极表面成膜添加剂有助于在负极形成致密、稳定的SEI膜，有效减少电解液在负极的还原分解，降低负极界面的阻抗，进一步提升锂离子电池的电化学性能。