[发明专利]一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的高镍三元锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的高镍三元锂离子电池。本发明所述三元锂离子电池电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂。所述成膜添加剂含有式(Ⅰ)结构化合物。本发明中具有式(Ⅰ)结构的添加剂能够在三元材料表面形成一层均匀致密的保护膜，减少电解液在电池材料表面的氧化反应，所形成的SEI膜稳定致密，减小了电池在循环过程中交流阻抗的增加，提高了电池循环性能，其HOMO能量要稍高于碳酸乙烯酯，因此会先于碳酸乙烯酯在正极表面氧化分解反应，从而抑制电解液溶剂的分解反应，对于提升NCM/石墨电池在45℃高温下的循环性能有积极作用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体是涉及一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的高镍三元锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长寿命、宽工作温度范围和环境友好等优点，被广泛应用于3C数码产品、电动工具、电动汽车等领域。特别是在电动汽车领域，2015年以来呈现爆发式增长。

根据国家《节能与新能源汽车产业发展规划》，要求动力电池能量密度在2020年达到300Wh/Kg以上。提高锂离子电池的能量密度，常用的措施是提高电池的充电截止电压，但是电池处于高电压下，正极材料会存在一定的缺陷，如结构坍塌、离子混排和金属离子溶出等；其次就是采用高能量密度的正极材料，如NCM622和NCM811等，同时配合高能量密度的负极材料，如硅基负极。Ni含量的增加会使三元材料的比容量也相应地提高，带来更高的比能量，但Ni含量的提高也导致三元材料的稳定性下降，循环过程中高镍三元材料从层状结构向无序尖晶石结构和岩盐结构转变，导致界面阻抗的增加和可逆容量的衰降。

高镍三元材料的技术难点在于高温循环性能不佳和高温存储产气的问题，常规成膜添加剂不能很好的抑制三元正极材料金属离子溶出、结构的破坏和脱离后正极的氧化催化。针对以上问题，解决的思路通常为：①在正极表面形成一层保护性的CEI膜，阻断HF对结构的侵蚀，同时抑制金属离子的溶出；②加入具有络合金属离子的功能型添加剂，阻止Mn、Ni等离子在负极上的沉积，造成电解液的还原分解和阻碍离子嵌入和脱出通道；③加入负极成膜添加剂，改善负极界面膜的成份和性质，从而使得Mn、Ni等离子的沉积不对负极造成负面影响。因此，有必要开发新的成膜添加剂解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种三元锂离子电池非水电解液及含该电解液的高镍三元锂离子电池，所述电解液加入了具有良好正极成膜性能的添加剂，可有效解决三元锂离子电池的常温循环性能、高温循环性能和高温储存性能。

为了实现上述目的，本发明的三元锂离子电池非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂，所述成膜添加剂含有式(Ⅰ)结构所示的化合物：

其中，R₁、R₂独立地选自碳原子数为1～4的烷基，该烷基可为直链，也可含有支链，且R₁中端基碳上含有0～3个氟原子，其他碳原子上的氟原子个数小于等于2个。

优选地，所述式(Ⅰ)结构所示的化合物选自化合物1-6中的一种或多种：

进一步优选地，所述具有式(Ⅰ)结构所示的化合物质量占所述电解液总质量的0.1％～2.0％，例如0.5％～1.0％，又如1.0％。

优选地，所述成膜添加剂中还含有负极成膜添加剂，所述负极成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸乙烯酯(DTD)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、1,3-丙稀磺酸内酯(1,3-PST)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)和三丙烯基磷酸酯(TAP)中的一种或多种。