[发明专利]一种锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种锂离子电池电解液和含有该电解液的锂离子电池，该电解液包括溶剂、锂盐以及含氮杂环化合物，所述含氮杂环化合物的环含有氮原子和碳原子，所述氮原子或所述碳原子上有取代基，至少一个所述取代基为吸电子取代基。本发明所添加的含氮杂环化合物具有较好的耐氧化性及对镍离子的络合作用，从而可形成络合物覆盖在正极表面，有效改善高镍三元材料中镍离子溶出与沉积的现象，以及改善了电池的循环性能及高温存储性能，提高了高镍三元电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液及锂离子电池。

背景技术

新能源汽车的普及以及对续航里程的要求，使得对电池的能量密度提出了更高的要求，高能量密度的锂离子电池，无疑成为本领域的研究热点。其中，高镍三元正极材料有着更高的克容量，可大大提升电池的能量密度，且优异的导电性能以及相对廉价的原材料，从而成为业内关注与研究的焦点。然而，高镍三元材料在应用中还存在一些问题，如长期循环性能不佳、安全性能不好等，主要原因在于电池循环中，随着锂离子的脱出，高镍三元材料会形成大量的四价镍离子，而四价镍离子的强氧化性会引发一系列寄生反应，导致高镍三元电池中的电解液快速消耗，生成的副产物如一些酸性物质也会加速正极材料中金属的溶出以及正极结构的坍塌，而溶出的金属会扩散至负极表面发生沉积，破坏负极表面的SEI膜，从而阻碍锂离子的嵌入与脱出，最终导致电池循环性能快速衰减、电池膨胀等安全性问题，进而制约了高镍三元电池的广泛应用。

为解决高镍三元电池中所存在的问题，一方面可对高镍三元材料进行包覆和掺杂，进而降低其表面化学活性，减少电池中的副反应。如专利CN104852036A公开了一种采用铝包覆的高镍三元材料，专利CN105789600A公开了一种具有钨青铜结构的化合物包覆的三元材料，通过对三元材料的改进，使得制备的电池可表现出好的循环性能。然而采用包覆、掺杂的技术的难度与成本较大。

另一方面，还可从电解液入手进行电池性能的优化，如更换抗氧化性更强的非碳酸酯类的有机物，如砜类、腈类、离子液体用作电解液溶剂，但其会存在黏度较大，介电常数小，离子电导率低等问题；此外，还可添加各种功能性的添加剂，少量的添加剂并不会影响电解液本体的理化性质，从而可有效改善三元电池体系的电池循环性能。

发明内容

基于背景技术中所述的高镍三元电池体系中所存在的技术问题，本发明提供了一种锂离子电池电解液及锂离子电池，有效改善了高镍三元材料中镍离子溶出与沉积的现象，以及改善了电池的循环性能。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种锂离子电池电解液，包括溶剂、锂盐以及含氮杂环化合物，所述含氮杂环化合物的环含有氮原子和碳原子，所述氮原子或所述碳原子上有取代基，至少一个所述取代基为吸电子取代基。

本发明的发明人经过大量的实验发现，通过在电解液中添加含氮杂环化合物用作络合添加剂，通过氮原子与高价镍离子的络合反应，生成稳定的络合物，可有效改善三元电池在循环过程中，所发生的电解液的分解、以及负极金属离子的沉积等影响电池性能的现象。一方面，随着正极锂离子的脱出，正极材料产生的高价镍离子会与电解液中的含氮杂环化合物发生络合反应，形成覆盖在正极表面的络合物膜，隔离了正极与电解液间的接触，降低了三元材料对电解液的氧化；另一方面，对于脱离正极表面而游离在电解液中的金属离子，含氮杂环化合物还可与其络合，进而避免了电解液中的金属离子游离到负极表面发生沉积反应而影响负极锂离子的脱嵌，从而保护负极的SEI膜，提高了电池的安全性能。此外，含氮杂环化合物中含有吸电子取代基，使得该类化合物有着较高的氧化电位，即在电池循环中不会被氧化，进而可发挥络合的作用；且与碳酸酯类电解液有着很好的兼容性，不会影响电解液本身的物性；吸电子取代基还可与高价镍离子发生络合反应，从而可提高络合效率，增加络合物的稳定性。

另一方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括如上所述的锂离子电池电解液。