[发明专利]一种适配高镍三元正极材料的电解液

说明书

本发明涉及一种适配高镍三元正极材料的电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括正极成膜添加剂、负极成膜添加剂和阻燃添加剂，所述正极成膜添加剂为磷酸二氢钠，所述负极成膜添加剂为对甲苯磺酰异氰酸酯，所述阻燃添加剂为（三氟乙氧基）五氟环三磷腈。本发明的适配高镍三元正极材料的电解液通过多种添加剂联合使用产生的协同效应，有效改善了高镍三元正极材料电池在高电压下的常温/高温循环、高温存储和安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解液技术领域，尤其涉及一种适配高镍三元正极材料的电解液。

背景技术

近年来，价格低廉、高比容量的高镍三元层状氧化物（LiNi_xMn_yCo_zO₂，x≥0.6，x+y+z=1，高镍NCM）被认为是下一代高能量密度锂离子动力电池正极材料的开发热点之一。但受锂镍混排、相变反应、产气、微裂纹、过渡金属溶出、表面结构等影响，使其在长循环过程中遭受严重的容量衰减，阻碍了高镍NCM的大规模应用。为提高高镍NCM的稳定性，常见的改性方法包括包覆、掺杂和电解液添加剂的开发。包覆可以通过避免高镍NCM表面与电解液的直接接触来防止电极与电解液之间副反应的发生，但由于包覆层差的Li⁺导电性会阻碍界面Li⁺的扩散。掺杂可以减少Li⁺/Ni²⁺混排，稳定层状结构，阻止二次颗粒中晶界裂纹的产生，但无法避免较高电压下电解质的分解。相反，使用电解液添加剂则是一种通用、简便、经济的解决方法。

高镍NCM在高温、高压下能够获得更多的比容量，同时也容易加速电解液的氧化分解以及电极/电解液间的副反应，并导致电池循环稳定性与安全性能的恶化。首先，高镍NCM正极表面的电解质氧化生成可溶性酸性物质，会迁移到负极，导致负极固体电解质间相（SEI）的酸致损伤，进而造成循环容量衰减；其次，在循环过程中不断生长的锂枝晶也会导致电池短路、着火和爆炸等问题。

鉴于此，开发适配高镍三元正极材料的高温高压高安全电池电解液需要改善正/负极与电解液的界面稳定性，并且通过降低电解液可燃性来提高电池的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种适配高镍三元正极材料的电池电解液，使得高镍三元锂离子电池在高电压条件下具有良好的循环性能、高温存储性能和安全性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种适配高镍三元正极材料的电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括正极成膜添加剂磷酸二氢钠（NaH₂PO₄）、负极成膜添加剂对甲苯磺酰异氰酸酯（PTSI）和阻燃添加剂（三氟乙氧基）五氟环三磷腈。其中阻燃添加剂（三氟乙氧基）五氟环三磷腈具有下面的结构式：

优选地，所述正极成膜添加剂NaH₂PO₄的质量占电解液总质量的0.5%~2%。

优选地，所述负极成膜添加剂PTSI的质量占电解液总质量的0.3~1.5%。

优选地，所述阻燃添加剂（三氟乙氧基）五氟环三磷腈的质量占电解液总质量的2~10%。

优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂（LiPF₆），其质量占电解液总质量的14.0%。

优选地，所述非水有机溶剂为碳酸二乙酯（DEC）、碳酸乙烯酯（EC）和碳酸甲乙酯（EMC）以质量比4：3：3的混合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：