[发明专利]一种含有高镍正极材料的锂离子电池

说明书

一种含有高镍正极材料的锂离子电池，所述锂离子电池的正极材料选用高镍材料，此外，该锂离子电池的电解液选自硼酸酯和磷腈化合物。当该电解液应用到含有高镍正极材料的锂离子电池后，锂离子电池的截止工作电压为4.4‑4.5V，同时具有良好的耐高压循环性能和阻燃安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种含有高镍正极材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池由于具有高电压、高能量密度等优点，被广泛应用在电子产品、电动工具以及电动汽车等领域。随着电动汽车和混合动力电动汽车的快速发展，迫切需要更高能量密度和更长循环寿命的锂离子电池。高镍正极材料(镍的摩尔分数大于等于0.6)拥有更高的能量密度，更高的放电比容量，逐渐成为最有竞争力的商业正极材料。

发明内容

虽然高镍正极材料具有诸多优点，但随着动力电池能量密度的提升，电压也会随之提高，电压越高，电解液的分解能力则越强。针对高镍体系，根据其漏电流(即通过绝缘体流过的电流)和过渡金属离子溶出的测试结果表明，提高动力电池正极材料中的镍含量，过渡金属离子的溶出会增加，而溶出的过渡金属离子在负极被还原析出后，会破坏负极表面的SEI膜。此外，提高电压还会明显增大漏电流。这样动力电池在高温环境下的存储性能和循环性能就会受到影响，导致循环容量保持率低，同时材料中镍含量的提高也会导致动力电池的安全性能下降，阻碍了高镍电池商业化进程。

为了解决上述问题，对高镍材料的改进主要通过元素掺杂，表面包覆等方法，目前部分高镍材料已实现规模化量产。但上述改进主要针对高镍正极材料本身，而与高镍正极材料相匹配的电解液的研发一直没有突破性进展。因此，开发与高镍材料相匹配的功能性电解液，是迫切需要解决的关键问题之一，也才能满足高能量密度、高安全性动力电池的需求。

尽管关于高镍锂离子电池与其适配的电解液取得了一定进展，但是高镍材料与电解液配合使用情况仍存在诸多问题，针对高镍材料，电解液仍面临着挑战。本发明的发明人在研究过程中发现：如果提高锂离子电池正极材料中的镍含量，过渡金属离子的溶出会增加，而溶出的过渡金属离子在负极被还原析出后，会破坏负极表面的SEI膜。此外，提高电压还会明显增大漏电流。在这种情况下，锂离子电池的存储性能和循环性能就会受到影响，同时材料中镍含量的提高也会导致锂离子电池的安全性能下降，特别是应用于动力电池时，电池过热甚至起火爆炸的风险升高。随着近年来手机电池，笔记本电池，甚至到电动汽车、锂电池工厂爆炸起火事件，使得锂电池的安全性问题引起重大关注。要在提高锂离子电池的工作性能(例如高压下的循环性能)的同时，提高锂离子电池的安全性(例如阻燃性能)，目前的技术发展并没有找到很好的解决方案。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种含有高镍正极材料的锂离子电池，所述锂离子电池的正极材料选用高镍材料，此外，所述锂离子电池的电解液选自硼酸酯和磷腈化合物。当所述电解液应用到含有高镍正极材料的锂离子电池后，使锂离子电池的截止工作电压提升至4.4-4.5V，具有良好的耐高压循环性能，同时具有阻燃安全性能。此外，所述硼酸酯的引入还可以有效除去电解液中微量水分的作用，可以减少HF的生成，减少对电极的破坏及电解液的分解，提高电池的稳定性，减少电池产气，具有防气涨的作用。例如，本申请的发明人发现所述硼酸酯的加入能够消除电解液中至少约20ppm的水，使得电解液中的水含量无法被仪器检测到，即电解液中的水含量几乎为0ppm。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池，所述锂离子电池包括高镍正极材料、负极材料和电解液，所述高镍正极材料为LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂，其中，M为Mn或Al，x≥0.6，0y≤0.4，1-x-y≥0；

所述电解液含有锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括硼酸酯、五氟环三磷腈或六氟环三磷腈中的至少一种；

其中，所述硼酸酯选自式1所示的化合物中的一种；