[发明专利]一种高镍三元锂离子电池电解液及三元锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种三元锂离子电池非水电解液及锂离子电池。该三元锂离子电池电解液包含非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包含具有式(Ⅰ)所示结构的草酸磷酸锂类添加剂，还可包含碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,3‑丙烷磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)等常规添加剂。本发明独特组合的常规添加剂和具有式(Ⅰ)所示结构的草酸磷酸锂类添加剂的共同作用，既能抑制正极材料颗粒在循环过程中颗粒内裂纹的产生，减少过渡金属元素在高温下的溶出，又可抑制溶剂在负极界面的还原反应分解，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，具体涉及一种三元锂离子电池电解液及三元锂离子电池。

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，如商业化的钴酸锂电池电压从4.2V→4.35V→4.4V→4.45V→4.48V→4.5V。但正极材料在高电压下会存在一定的缺陷，如高电压正极活性材料在缺锂状态时具有很强的氧化性，电解液很容易被氧化分解，产生大量的气体和热量；此外，高电压正极活性材料在缺锂状态时自身也很不稳定，易发生一些副反应如释放氧、过渡金属离子溶出等。

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。

过渡金属离子随着反应的进行脱离晶体进入电解液中催化电解液的分解和损坏活性材料的钝化膜，同时过渡金属锂离子也会占据负极材料表面钝化膜的锂离子迁移通道，阻碍锂离子的迁移，从而影响电池的使用寿命，而当锂离子电池在高温高压状态下使用时，这种负面影响会更明显。

目前，解决上述问题的主要方法是开发新的成膜添加剂，新添加剂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，本发明的目的之一在于提供一种三元锂离子电池电解液，该三元锂离子电池电解液中的添加剂具有良好的成膜性能，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，可有效提高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，本发明的三元锂离子电池电解液包含非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂中包含具有式(Ⅰ)所示结构的草酸磷酸锂类添加剂：

其中，R₁、R₂、R₃和R₄各自独立地选自烷基、氟代烷基、甲氧基、乙氧基、氟原子、苯基和环己基中的任意一种；任选的，R₂和R₃可以进行连接，形成环状结构或者桥环结构。

优选地，所述具有式(Ⅰ)所示结构的草酸磷酸锂类添加剂选自化合物(1)-(3)中的一种或多种：

进一步优选地，所述具有式(Ⅰ)所示结构的草酸磷酸锂类添加剂的含量占电解液总质量的0.5％～2.0％，例如1.0％。