[发明专利]一种非水电解液及高镍三元正极材料电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，涉及一种电解液及锂离子电池，尤其涉及一种非水电解液及高镍三元正极材料电池。

背景技术

作为电动汽车的“引擎”部件，锂离子动力电池的比能量大小是决定纯电驱动电动车的一次充电续航里程长短的关键因素，直接影响了电动汽车的技术发展和普及推广。当前锂离子动力电池的比能量很大程度上取决于正极材料的比能量。通过增加正极的放电比容量是提高电池比能量的有效途径之一。

在诸多正极材料中，高镍三元锂离子电池正极材料主要包括镍钴锰酸锂LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(NCM)(0<x<1,0<y<1)和镍钴铝酸锂LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂(NCA)(0<x<1,0<y<1)，因具有比容量高、成本较低廉和安全性优良等优势而被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料，已成为众多动力电池企业的主要发展方向。但是随着Ni含量的增加高镍三元材料的放电比容量由160mAh g^-1增加到220mAh g^-1以上，但其容量保持率、热稳定性及高温存储性能都有所降低，极大地限制了其产业化开发应用。研究发现，造成高镍三元材料这些问题的原因复杂，主要分为材料本身和界面两大问题。材料本身的问题有：一是循环过程中的Ni/Li混排，产生相变反应,进而诱发应力应变效应，造成材料循环过程中容量衰减；二是高脱锂状态下Ni⁴⁺倾向于还原生成Ni³⁺，材料中会释放出氧气，而使材料的热稳定性变差。另一方面，界面问题是指电极/电解液界面在实际电化学环境中存在不稳定性，极易受电解液中游离酸腐蚀作用，从而导致电池容量保持率低、高温性能差等问题。对于高镍三元材料(Ni含量≥0.6)，即使是在空气中，其材料表面很容易与空气中的CO₂和H₂O发生反应，在材料表面生成Li₂CO₃和LiOH，Li₂CO₃会导致高温存储时产生严重的气胀现象，LiOH与电解液中的LiPF₆反应产生HF，进而直接影响到材料循环过程中的容量保持率。当然对于其他正极材料电池，也或多或少存在上述问题。

为了改善锂离子电池正极材料，特别是高镍三元正极材料的循环性能和热稳定性，现有研究通常从材料改性离子掺杂、材料表面包覆和开发电解液添加剂三个方面着手，开展了大量探索性的研究工作。通过在三元材料晶格中掺杂Mg和F等元素；通过在材料表面包覆一些厚度合适的金属氧化物(如Al₂O₃、ZnO等)、氟化物(如AlF₃等)或者某些磷酸盐，物理隔离活性物质与电解液之间的直接接触，减少副反应的发生等等。但依然存在不完善的地方。

近些年来，开发适用于高镍三元材料的电解液也成为一个重要的研究方向。但是到目前为止，关于该类材料电解液的研究方向主要是对常规的LiPF₆基碳酸酯类电解液进行改进，但是，这些措施对高镍三元正极材料循环性能的改善作用非常有限，循环稳定性仍然不理想。

因此，如何提高锂离子电池的电化学性能，特别是高镍三元材料锂离子电池的电化学性能，已成为本领域前沿学科亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电解液及锂离子电池，特别是一种非水电解液及高镍三元正极材料电池，采用本发明提供的电解液的锂离子电池，可以有效的提高循环性能、高温循环性能及高温存储性能等。

本发明提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂A；

所述添加剂A包括烷基胺类化合物、硅氮类化合物和硅氧烷类化合物中的一种或多种。

优选的，所述添加剂A在所述电解液中的体积百分比为0.05％～10％；

所述锂盐在所述电解液中的摩尔浓度为0.1～20mol/L。

优选的，所述烷基胺类化合物选自具有式I结构所示的烷基胺类化合物中的一种或多种，

其中，R₁、R₂和R₃独立的选自C1～C6的直链烷基或支链烷基。