[发明专利]非水电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种非水电解液及锂离子电池。所述非水电解液包括溶剂、电解质锂盐和功能添加剂，所述功能添加剂包括五氟苯基乙烯基磺酸酯、3‑三氟甲基‑5‑甲氧基苯腈和二氟磷酸锂。本发明的电解液应用于镍钴锰三元材料/石墨体系的锂离子电池时，锂离子电池的耐高压性能得到提升，其倍率性能、常温循环、高温循环、高温储存性能得到显著提高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体的，涉及一种镍钴锰三元材料/石墨体系的锂离子电池用非水电解液及锂离子电池。

背景技术

传统的锂离子电池材料正极采用的是钴酸锂，负极采用的是石墨，提高这类锂离子电池能量密度的方式通常通过提高电池的工作电压来实现，而高的工作电压将会导致电解液的快速分解以及钴酸锂材料结构的破坏，使得电池循环寿命大大降低，很难满足实际使用需求。大量的研究证实，开发高能量密度锂离子电池最有效的途径之一是使用更高容量正极材料替代钴酸锂材料。在此基础上，镍钴锰三元正极材料得到了广泛的研究和发展，相比较于钴酸锂，三元材料由于含有Ni⁴⁺/Ni³⁺、Ni³⁺/Ni²⁺、Co⁴⁺/Co³⁺氧化还原对，具有容量高、环境友好、价格低廉等优势，因此，该三元材料被广泛应用于动力电池领域。

目前，镍钴锰三元材料锂电池难以兼顾循环性能、高温性能和功率特性，这与三元材料匹配的电解液有密切关系。电池首次充放电过程中，电解液在正负极表面发生氧化还原分解形成的SEI膜厚度、致密性、阻抗均会对电池性能产生显著影响。

一般来讲，稳定的固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interface，SEI)可以为正负极提供更好的保护，保证锂离子电池具有更长的循环寿命及存储寿命，但与此同时，也会增加界面阻抗，从而导致锂离子电池功率性能的下降。因此，如何在提高锂离子电池的循环寿命以及存储寿命的同时，又不会降低锂离子电池的功率性能，成为当前研究的难点之一。

此外，为了提高锂离子电池的能量密度，需要提高锂离子电池的电压，然而高电压通常会提高正极活性材料的电极电位，因而正极活性材料氧化性更强，这将会导致锂离子电池在循环和存储的过程中副反应增多，产气严重，因而锂离子电池的循环寿命以及存储寿命较差，且会引发锂离子电池安全问题。

在现有技术中，通过正极添加剂的引入来改善上述问题，即在正极活性材料表面活性点上形成保护层，避免正极活性材料表面活性点与电解液的直接接触，来抑制副反应的发生。然而正极添加剂的使用往往也会导致锂离子电池倍率性能下降，从而影响电池的功率特性，如常见的正极成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)和1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PES)均会降低电池的功率特性。

因此，需要开发一种能兼顾循环性能、高温性能和功率特性，适用于以镍钴锰三元材料为正极、石墨材料为负极的锂离子电池非水电解液。

发明内容

本发明的目的旨在解决下述问题的至少之一：

(1)如何在提高锂离子电池的循环寿命以及存储寿命的同时，又不会降低锂离子电池的功率性能；

(2)如何在提高锂离子电池的能量密度的同时，又不会降低锂离子电池的安全问题。

针对上述问题，本发明提供一种非水电解液，引入新的磺酸酯类添加剂、苯腈添加剂和氟代磷酸盐添加剂，所述添加剂能够增强正负极与电解液的兼容性，改善正负极与电解液的界面，在高压下赋予电解液优异的综合性能，所述电解液尤其适用于以镍钴锰三元材料为正极、石墨材料为负极的锂离子电池。

具体地，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种非水电解液，包括溶剂、电解质锂盐和功能添加剂，所述功能添加剂包括五氟苯基乙烯基磺酸酯、3-三氟甲基-5-甲氧基苯腈和二氟磷酸锂。