[发明专利]一种用于高镍锂离子电池的多功能电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种电解液，所述电解液包括功能添加剂和非水性有机溶剂；所述功能添加剂包括有机硅类成膜添加剂、金属离子捕捉剂和阻燃剂。本发明将有机硅类成膜添加剂、金属离子捕捉剂和阻燃剂经过合适的配比后，得到一种安全且循环寿命长的多功能电解液。该多功能电解液能够解决高镍材料因金属离子在高温、高压下溶出造成的电池循环性能迅速下降的问题；而且具有较好的耐氧化、耐高温及阻燃特性，保证电池具有较好的循环寿命和安全特性，同时具有较高的功率密度和能量密度。本发明提供的多功能电解液还能大大提高动力电池的安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解液技术领域，涉及一种电解液及锂离子电池，尤其涉及一种用于高镍锂离子电池的多功能电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜、电解液和壳体，具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。

为了进一步提升锂离子电池的能量密度，正极材料主要通过增加镍含量及提高充电截止电压提高放电容量，但高镍材料在循环过程中，金属离子溶出造成的电池循环性能迅速下降的问题亟待解决，溶出的金属离子催化电解液不断地发生氧化分解，导致电池性能的持续恶化，很难满足现实需要的要求，而电解液作为锂离子电池的“血脉”而起着至关重要的作用，因此开发应用于高镍锂离子电池的多功能电解液势在必行。

锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。随着锂离子电池在应用领域不断的开展，高安全、长寿命的电池才是储能系统的基础。而在诸多研究方向中，由于电池首次充电过程中，电解液负极表面生成一层钝化膜，称为固体电解质界面膜(SEI)，其性质在很大程度上决定电池的电化学性能。近年来关于锂离子电池引发的火灾甚至爆炸的报道已屡见不鲜，锂离子电池的安全问题引起人们的普遍关注；同时安全问题也是制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的瓶颈。锂离子电池使用易燃的有机溶剂作为电解液，这是锂离子电池发生火灾或爆炸事故的主要原因之一。在电池遭到破坏后，有机溶剂及其蒸汽容易着火引发火灾甚至爆炸。因此，电解液的阻燃性同样至关重要。

现阶段高镍三元电池在循环方面主要是通过在电解液中添加成膜剂来实现，如公开号为CN104332650A的专利申请，就公开了一种高镍三元正极材料体系锂离子电池的高压电解液，高压电解液由有机溶剂、电解质锂盐、正极成膜添加剂、负极成膜添加剂及抗氧化添加剂组成，其中，正极成膜添加剂为甲烷二磺酸亚甲酯，负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯，抗氧化添加剂为三乙二醇甲醚硼酸酯。然而通过物理阻挡的作用很难对金属离子的溶出起到明显的效果；而且高镍三元正极材料的能量密度高，热力学稳定性差，容易发生热失控，进而引发安全问题。

因此，如何找到一种更加适宜的方式，解决上述问题，提高高镍电池安全性能，进一步提升锂离子电池的性能，已成为诸多一线研究人员和研发型企业亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电解液及锂离子电池，尤其是一种用于高镍锂离子电池的多功能电解液，本发明提供的多功能电解液，具有较好的耐氧化、耐高温及阻燃特性，保证电池具有较好的循环寿命；同时具有较高的电导率，能保证电池的高倍率及功率特性，还能大大提高动力电池的安全性能，而且简单易得，适合大规模生产，具有规模化商用的广阔前景。

本发明提供了一种电解液，所述电解液包括功能添加剂和非水性有机溶剂；