[发明专利]一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及高镍三元锂离子电池

说明书

本发明公开了一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及高镍三元锂离子电池。本发明所述添加剂包含具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B和常规负极成膜添加剂，所述兼顾高低温性能的电池电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和前述添加剂。本发明电解液通过以上三种添加剂的联合使用所产生的协同作用，并结合了不同组分的电解液添加剂的优点，提供一种可有效改善高镍三元锂离子动力电池性能的电解液，在高温和低温条件下均具有良好的循环性能、倍率性能、存储性能和安全性能等电化学性能，从而解决现有电池高低温性能无法兼顾的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体是涉及一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及高镍三元锂离子电池。

背景技术

我国的新能源汽车产业伴随着政策暖风蓬勃发展，动力电池市场空间广阔。然而，目前动力电池仍以磷酸铁锂为主，其比能量有限，未来将难以满足乘用车在续航里程方面的需求。因此，追求高比能量的性能指标是锂离子动力电池的重要研发方向。

高镍材料因具有较高的可逆比容量、低廉的价格以及环境友好性，已成为材料、能源学科的研究热点，也是未来高能量密度动力电池的优选材料，但是其固有的一些缺点，如循环过程中结构稳定性差、高温稳定性差、储存性能差以及高低温性能无法兼顾等极大地限制了其在各领域的广泛应用。因此，探寻一种兼顾高低温长循环性能的电解液体系成为当务之急。常规电解液体系的锂离子动力电池在低温条件下，电解液粘度增大，电导率降低，电极界面阻抗增加，常常会导致电池充放电容量低和析锂等现象，进而造成电极反应极化、放电平台降低以及锂离子电池的能量衰减。而电池在高温情况下，由LiPF₆组成的常规电解液易发生氧化分解，产生的HF会侵蚀含锰正极材料导致部分金属离子溶出，并在负极发生沉积，改变负极固体电解质界面膜的组成和结构，导致固体电解质界面的不稳定及SEI膜的阻抗增加，进而导致电池胀气、性能恶化，甚至带来安全隐患。因此，兼顾高低温长循环性能电解液体系的开发，是当前学术和产业界的研究热点之一。经研究，电解液溶剂和添加剂的使用可有效改善锂离子电池的高低温循环性能。然而，若增加低熔点、低粘度的溶剂含量，会使电池的低温性能有所提高，但常温及高温性能会变差，三者无法兼顾。

有鉴于此，确有必要提供一种兼顾高低温长循环性能的锂离子电池电解液添加剂及电解液，从而改善高镍三元锂离子动力电池在高温和低温条件下的电化学性能，进而解决现有技术电池高低温性能无法兼顾的问题，有效拓展锂离子电池的应用范围。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂、电解液及其在高镍三元锂离子电池中的应用。本发明电解液结合了不同组分的电解液添加剂的优点，提供一种可有效改善高镍三元锂离子动力电池性能的电解液，在高温和低温条件下均具有良好的循环性能、倍率性能、存储性能和安全性能等电化学性能，从而解决现有电池高低温性能无法兼顾的问题。

在本发明的一方面，本发明提供了一种兼顾高低温性能的电池电解液添加剂，所述添加剂包含具有式Ⅰ结构的含氟苯基磺酸酯类化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的环状磺酸酯类添加剂B和常规负极成膜添加剂；其中，所述含氟苯磺酸酯类添加剂A如式Ⅰ结构式所示：

其中，R选自烷基、烷氧基、烯烃基、酰基、氰基、苄基、硝基、卤素原子、含1-20个碳原子的酯基、含1-20个碳原子的磺酰基、含被卤素取代的C₁-C₂₀直链或支链的烷基中的任意一种；X₁、X₂、X₃、X₄和X₅各自独立地选自氢原子、氟原子、烷基、烯烃基、烷氧基或芳香基中的任意一种，且X₁-X₅至少有一个被氟原子取代；

所述环状磺酸酯类添加剂B如式Ⅱ结构式所示：