[发明专利]一种用于提高正极材料性能的锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种用于提高正极材料性能的锂离子电池电解液和锂离子电池，该锂离子电池电解液包括锂盐、无水有机溶剂和添加剂，所述添加剂选自LiBH₄、LiAlH₄和NaBH₄中的至少一种。本发明通过简单添加的形式制备了一种用于提高正极材料性能的锂离子电池电解液，有效提高了正极材料，尤其是富锂锰氧化物正极材料及其锂离子电池的循环性能、容量和首次库伦效率，且不降低材料的放电中点电压。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的技术领域，尤其涉及一种用于提高正极材料性能的锂离子电池电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其高体积/重量储能密度等特性，已在便携式电子产品、电动汽车、混合动力汽车和储能电站等领域都具有广泛的应用需求。同时对锂离子电池的性能要求也在不断提高。目前，作为影响锂离子电池性能的关键材料，高性能正极材料和与其相匹配的电解液还面临着许多挑战。发展高性能锂离子电池正极材料及与其相匹配的电解液对于提高锂离子电池的性能十分关键。与商用正极材料LiCoO₂(容量≈140mAh/g)、LiFePO₄(容量≈160mAh/g)、锰酸锂LiMn₂O₄(容量≈120mAh/g)和镍钴锰三元材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0x，y1，0x+y1，比较典型的是LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂)(容量≈160～210mAh/g)相比，层状富锂锰氧化物正极材料(基本组成式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂，其中0＜x＜1)的比容量高达260mAh/g以上(放电电位为2.0～4.8V)，其还具有低成本，制备过程简单，安全性高等优点，是一种极具潜力的高容量和高能量密度的正极材料。

但层状富锂锰氧化物正极材料存在循环稳定性及倍率性能差、首次库伦效率低及循环过程中电压衰减等问题，严重制约了其实际应用。层状富锂锰氧化物正极材料循环过程中过渡金属(TM)会在电解液中发生溶解，TM离子在循环过程中会发生迁移，会导致富锂锰晶体结构重排，初始富锂锰氧化物的层状结构部分向尖晶石结构转变，造成其在循环过程中容量和电压衰减。在首次充电(脱锂反应)时，在高电位区域，锂离子从Li₂MnO₃中脱出会导致氧气的释放和形成Li₂O，造成其较高的首次不可逆容量。在循环过程，在高电位脱锂过程中也一直伴有氧的析出。

目前，常用的提高富锂锰正极电化学性能的改性方法主要是通过对富锂锰正极材料的成分和结构的改性，主要有：在材料制备过程中在富锂锰材料表面包覆氧化物，如包覆Al₂O₃、CeO₂、ZnO和AlPO₄等；对富锂锰材料进行离子掺杂/替代，如Mg、Fe和Ti的掺杂及替代；对材料中Li、Ni、Mn和Co等元素含量进行调控，等，从而提高富锂锰氧化物正极材料的成分和结构稳定性，提高其循环性能，抑制循环过程中的电压衰退，提高其首次库伦效率。但目前富锂锰氧化物正极材料其高的容量和低的循环稳定性的矛盾和其首次库伦效率低的问题依然没有完全解决，妨碍了其规模化应用。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种用于提高正极材料性能的锂离子电池电解液，有效提高了正极材料，尤其是富锂锰氧化物正极材料及其锂离子电池的循环性能、容量和首次库伦效率，且不降低材料的放电中点电压。

具体技术方案如下：

一种用于提高正极材料性能的锂离子电池电解液，包括锂盐、无水有机溶剂和添加剂，所述添加剂选自LiBH₄、LiAlH₄和NaBH₄中的至少一种。