[发明专利]一种高电压三元锂离子电池电解液及高电压三元锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压三元锂离子电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂除含有碳酸亚乙烯酯、1,3‑丙烷磺酸内酯及氟代碳酸乙烯酯外，还包括磷酸酯类化合物A、磺酸酯类化合物B及亚硫酸类化合物C的组合。相比于现有技术，通过化合物A、B、C的协同作用，本发明的电解液不仅能改善高电压下锂离子电池的高温性能，而且其对电池循环性能及低温性能也都有很大的提升。另外，本发明还提供一种使用该电解液的高电压三元锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压三元锂离子电池电解液及高电压三元锂离子电池。

背景技术

随着锂离子电池能量密度要求的不断提升，三元锂离子电池的充电截止电压也在不断提升，目前市场上的4.35V及以上高电压三元锂离子电池与4.35V以下三元锂离子电池相比普遍存在满电高温储存性能降低、高温循环寿命衰减快以及低温放电析锂等不足。

将三元电池的充电截止电压从4.35V提高至4.40V及以上，其能量密度得到显著提升。但与此同时，电池的性能明显降低，尤其是电池的高温循环及高温存储性能。目前对NCM三元材料的改性研究在不断提升镍的含量，这使得三元材料的晶格稳定性逐渐下降，因此在高温高压环境下，三元材料极易发生结构坍塌，并伴随有氧气的释放及过渡金属的溶出。造成这些问题的原因主要有：

1)电解液在正极材料表面氧化分解。在高电压下，正极活性材料的氧化活性较高，高温条件促使其与电解液之间的反应进一步加剧，导致电解液的氧化分解产物不断在正极表面沉积，从而导致电池的内阻和厚度不断增长。

2)正极材料晶格中的金属离子溶出与还原。一方面，在高温下，电解液中的LiPF₆极其容易分解产生HF腐蚀正极活性物质，导致金属离子的溶出；另一方面，在高电压下，正极活性物质的过渡金属氧化物容易被还原而溶出，过渡金属离子穿过SEI膜后在负极表面被还原成金属单质，从而导致负极阻抗不断增大，恶化电池性能。

因此，有必要开发新的电解液来克服以上问题，进而提升电池的耐压性、长循环寿命、安全性。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种高电压三元锂离子电池电解液，在改善高电压下三元锂离子电池的高温性能的同时，对电池循环性能及低温性能也都有很大的提升作用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高电压三元锂离子电池电解液，其特征在于：包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂除含有碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯及氟代碳酸乙烯酯外，还包括磷酸酯类化合物A、磺酸酯类化合物B及亚硫酸酯化合物C中的至少两种。

作为本发明所述的高电压三元锂离子电池电解液的一种改进，所述磷酸酯类化合物A的结构式如式Ⅰ所示：

其中，R₁～R₃分别独立地选自碳原子数为1～6的烃基或氟代烃基、硅烷基。

作为本发明所述的高电压三元锂离子电池电解液的一种改进，所述磺酸酯类化合物B的结构式如式Ⅱ所示：

其中，R₄选自碳原子数为1～6的烃基、氟代烃基或硅烷基，R₅选自碳原子数为1～6的烃基或氟代烃基。

作为本发明所述的高电压三元锂离子电池电解液的一种改进，所述亚硫酸酯类化合物C的结构式如式Ⅲ所示：

其中，R₆选自碳原子数为1～3的烃基、氟代烃基或

优选的，所述磷酸酯类化合物A为以下化合物中的至少一种：