[发明专利]一种高镍三元正极材料体系电池用电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种高镍三元正极材料体系电池用电解液及锂离子电池，所述电解液包括溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂包括正极成膜添加剂三乙烯基甲基硅烷和负极成膜添加剂5‑氰基‑2‑氟苯硼酸频哪醇酯；本发明的电解液应用于高镍三元锂离子电池，可以改善电解液与正负极的界面相容性，提高锂离子电池的循环性能、高低温性能以及安全性。并且制备方法简单，易于工业化，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种高镍三元正极材料体系电池用电解液及锂离子电池。

背景技术

随着三元材料向高镍方向发展，材料吸水性增强、稳定性随之降低，特别是高温条件下，镍元素会催化常规电解液的氧化分解，游离HF含量升高，导致金属离子溶出，并对负极SEI膜产生严重破坏，引起活性锂损失，导致电池的高温储存和循环性能急速下降，目前在高镍三元电池电解液方面需要较好的正负极成膜添加剂来改善电池的高温储存和循环性能。

随着电池能量密度的提高，高镍三元材料逐渐成为关注的焦点。高镍NCM正极材料存在阳离子混排和充放电过程中相变等缺点，掺杂改性和包覆改性能够有效改善这些问题，在抑制副反应发生和稳定结构的同时，提高导电性、循环性能、倍率性能以及高温高压性能，仍是研究的热点。虽然随着Ni含量的增加，高镍三元材料的放电比容量由160mAh/g增加到220mAh/g以上，但其容量保持率、热稳定性及高温储存性能都有所降低，极大限制了其产业化开发应用。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：(1)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；(2)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。另外一方面，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。

对于三元材料锂电池，虽然其克容量较高，甚至达到200mAh/g以上，但循环稳定性和安全性较差。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、ZrO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，急需开发适用于高镍三元正极材料体系的电解液，在电解液领域需要开发相适应添加剂以及电解液配方来解决动力电池电解液分解问题。因此，开发适用于高镍三元材料锂电池相匹配的电解液显得尤为重要，有必要寻找一种能够适用于高镍三元锂离子电池电解液添加剂或添加剂组合。

CN104332650B采用甲烷二磺酸亚甲酯作为正极成膜添加剂，氟代碳酸乙烯酯作为负极成膜添加剂，改善了NCM523三元电池的高温循环及安全性，而对于高镍NCM811、NCA三元电池并未表现出较好的高温性能。

CN106058216A采用二氟磷酸锂作为导电剂、硫酸乙烯酯作为成膜添加剂、氟代磷腈和氟代碳酸乙烯酯作为浸润剂，通过三种添加剂的协调作用、相互促进，在电极表面形成SEI膜，对于常温循环和低温放电性能有一定改善，然而该体系所形成的SEI膜热稳定性较差，因此难以用于高温条件。

因此，在本领域中，通过对电解液中添加剂的改进以期望提高高镍三元锂离子电池的循环性能、耐高温性能以及安全性仍然是本领域的研究热点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高镍三元正极材料体系电池用电解液及锂离子电池。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：