[发明专利]一种高镍三元锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种高镍三元锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，添加剂中包括至少一种具有特定结构的磺酸吡啶盐类添加剂。本发明还公开了包括正极片、隔离膜、负极片和该高镍三元锂离子电池电解液的锂离子电池。本发明的磺酸吡啶盐类添加剂还原电位为1.6V vs Li⁺/Li左右，优先于溶剂和常规添加剂还原成膜，起到稳定负极钝化膜的作用，同时具有正极成膜作用，氧化分解电位为4.35V vs Li⁺/Li，对正极材料的保护具有促进作用，能有效提升三元锂离子电池的循环性能、高温储存性能和低温性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高镍三元锂离子电池电解液及锂离子电池。

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、航空航天等领域。特别是在3C数码领域，近几年来移动电子设备特别是智能手机向着更轻、更薄的方向飞速发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。

为了提高锂离子电池的能量密度，常用的措施是提高正极材料的充电截止电压，如商业化的三元材料锂离子电池电压从4.2V→4.35V→4.4V→4.6V。另一种提高锂离子电池的能量密度的方法是提高三元材料中的镍含量，如商业化的三元材料从NCM111→NCM422→NCM523→NCM622→NCM811，随着镍含量的提高，电池的能量密度能进一步提高，但是也存在一些负面效果，如材料碱性过大，充放电过程中，晶格能变化而导致材料结构坍塌和进入离子溶出等，由于Ni⁴⁺具有更强的氧化性，当正极界面钝化膜受到破坏时，Ni⁴⁺会快速的催化电解液的氧化分解。

中国专利公开号CN106099183A公开了一种丙烷磺酸吡啶盐添加剂，所述丙烷磺酸吡啶盐添加量占电解液总质量的0.1％～10％，可起到提高电池的高温性能和降低内阻的作用。不足之处是，丙烷磺酸吡啶盐添加剂在电解液中的溶解度很低，当添加量超过电解液总质量的1％时，该类物质不能完全溶解。当添加量达到电解液总质量的10％时，与对比组相比较时电池电化学性能非常差。

目前，解决上述问题的主要方法是开发新的成膜添加剂，新的成膜添加剂要求能在正负极材料界面氧化还原形成钝化膜，且形成的钝化膜致密良好，富有弹性，能够随着正负极材料在充放电过程中的膨胀收缩而膨胀收缩，减小钝化膜的裂化程度，从而提高高镍三元锂离子电池的电化学性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高镍三元锂离子电池电解液及锂离子电池，该高镍三元锂离子电池电解液中的磺酸吡啶盐类添加剂具有良好的成膜性能，能够正负极成膜，保护材料，降低界面阻抗，从而有效提高高镍三元锂离子电池的循环性能、倍率性能和低温放电性能等。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高镍三元锂离子电池电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包括至少一种具有式(I)所示结构的磺酸吡啶盐类添加剂：

其中，R选自烷基、氟代烷基、苯基和环己基中的任意一种。

优选地，所述磺酸吡啶盐类添加剂选自具有以下结构的化合物中的至少一种：

优选地，所述磺酸吡啶盐类添加剂的含量为电解液总质量的0.1％～1.0％。

优选地，所述添加剂还包括常规添加剂，所述常规添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)、硫酸乙烯酯(DTD)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、三丙炔基磷酸酯和三丙烯基磷酸酯中的一种或多种。