[发明专利]一种高电压镍锰酸锂锂离子电池电解液及含有该电解液的二次电池

说明书

本发明提供一种高电压镍锰酸锂锂离子电池电解液及含有该电解液的二次电池，属于锂离子电池电解液技术领域。所述电解液是由以下原料按重量百分比组成：非水溶剂76‑85％，电解质锂盐10‑18％，电解液稳定剂0.05‑0.1％，分散剂0.3‑0.5％，负极成膜添加剂2‑4％和正极成膜添加剂0.5‑2％；该电解液中所添加的添加剂能够在正极和负极表面形成结构均匀稳定固液界面膜，以解决现有尖晶石结构镍锰酸锂锂离子电池存在的循环性能差，不能满足实际需要的技术问题。

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，具体涉及一种高电压镍锰酸锂锂离子电池电解液及含有该电解液的二次电池。

【背景技术】

锂离子电池与其他电池相比，具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长等优点，不仅在手机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用，而且也被认为是电动车、大型储能装置的最佳选择之一。但目前智能手机，平板电脑等电子数码产品对电池的能量密度要求越来越高，使得商用锂离子电池难以满足要求。采用高容量正极材料或高电压正极材料是提升锂离子电池能量密度的最有效途径。

现阶段已经开发出的高电压正极材料有尖晶石型镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)、磷酸钴锂(LiCoPO4)、磷酸镍锂(LiNiPO4)等，其放电平台分别为4.7V、4.8V和5.1V，充电截止电压均高于4.5V。而在诸多正极材料中，尖晶石镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄因为具有较高的对锂电势(4.75Vvs.Li/Li+)和高比容量(147mAh/g)而受到越来越多专业人员的关注。然而，传统的碳酸脂类电解液与LNMO材料兼容性差,会在高氧化性正极材料表面发生不可逆的氧化分解反应，而且高电压条件下正极材料会由于过渡金属离子持续溶出使得正极结构不断被破坏，致使电池具有较低的库伦效率和较差的循环寿命。

目前研究者聚焦于采用高电压添加剂或成膜添加剂两途径来提升电解液工作电压。其中，成膜添加剂的作用原理在于其先于碳酸脂类被氧化，在电极表面形成一层保护膜来阻止电解液的进一步氧化分解，还可以保护电极材料结构不被破坏。公开号为CN107293789A的中国发明专利公开了一种循环效果好的锂离子电池及其电解液，包括有机溶剂、锂盐及添加剂；所述添加剂包括单异氰酸酯基烷氧基硅烷化合物和成膜化合物，二者互相协同作用，可在部分电极材料表面形成稳定的SEI膜，避免电解液在电极表面的分解，但是最后得到的电池的循环性能在循环200圈时容量保持率低于80％,循环性能较差。一个可能的原因是，其所形成的固液界面膜结构不够均匀稳定，结构均匀稳定的固液界面膜可以使锂离子均匀穿过，从而保证电沉积过程均匀稳定地进行。而对于结构不均匀的固液界面膜，锂离子会在缺陷处快速穿梭并在锂表面沉积，形成局部锂沉积热点。如果固液界面膜机械强度低，不足以抵抗锂的不均匀沉积带来的形变，那么热点处固液界面膜将发生破裂。在裂缝处，缺少了固液界面膜的调控，锂沉积更加迅速进行，最终形成锂枝晶。

目前，开发出适用于一种能形成结构均匀稳定固液界面膜的电解液，是目前高电压镍锰酸锂锂离子电池能够推广应用的迫切需求。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高电压镍锰酸锂锂离子电池电解液及含有该电解液的二次电池，该电解液中所添加的添加剂能够在正极和负极表面形成结构均匀稳定固液界面膜，以解决现有尖晶石结构镍锰酸锂锂离子电池存在的循环性能差，不能满足实际需要的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高电压镍锰酸锂锂离子电池电解液，是由以下原料按重量百分比组成：非水溶剂76-85％，电解质锂盐10-18％，电解液稳定剂0.05-0.1％，分散剂0.3-0.5％，负极成膜添加剂2-4％和正极成膜添加剂0.5-2％；