[发明专利]一种三元锂离子电池非水电解液及其锂离子电池

说明书

本发明公开了一种三元锂离子电池非水电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，添加剂中包括至少一种具有特定结构的硼酸酐类添加剂。本发明还公开了包括正极片、隔离膜、负极片和该三元锂离子电池非水电解液的锂离子电池。本发明的具有特定结构的硼酸酐类添加剂，能在正极材料表面成膜，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，从而有效提升高镍高电压三元锂离子电池的循环性能、倍率性能和高温性能。

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非水电解液及其锂离子电池。

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。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。

与商用钴酸锂材料相比，三元材料具有更高的理论和实际克容量，在动力电池应用领域中，三元材料越来越受到欢迎。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，如商业化的三元材料电池电压从4.2V→4.35V→4.4V→4.6V。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，使得电解液很容易被氧化分解，产生大量的气体；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，导致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，新添加剂需要在正负极材料界面氧化还原形成钝化膜，且形成的钝化膜必须致密良好，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，而不是裂化，同时具有一定的负极成膜能力，能抑制电解液在负极界面还原分解，从而提高高镍高电压锂离子电池的电化学性能。

如CN108987806A公开了环状硼酸酐于电池电解液中的应用，通过向锂电池电解液中加入环状硼酸酐，所述环状硼酸酐选自三甲氧基硼氧六环和/或三苯氧基硼氧六环，使电池低温放电特性和寿命周期特性出色；即使电池在完全充电状态下储存于高温或正进行充电/放电过程，基于碳酸酯的有机溶剂的分解反应也会受到抑制，从而解决了膨胀问题，电池的高温寿命周期特性也获得了改善。

又如CN111211354A公开了一种高电压锂离子电池组合式电解液添加剂、电解液及其电池，该发明提供的高电压锂离子电池组合式电解液添加剂由含环硫酯类化合物、同时含P-O和Si-O键化合物及不含Si-O/P-O键但含B-O键的化合物混合而成，利用在高电压下，组分A在正极的界面处发生氧化分解形成稳定CEI膜以及在负极表面发生还原产生稳定SEI膜，可提高电池的效率；通过添加组分B可增加电解液对电极的浸润性和在正极表面形成稳定CEI膜，在改善浸润性的同时进一步提高电池的效率；通过组分C可在正负极表面形成含B-O的界面膜，该B-O界面膜具有高的离子导电性，可显著的降低电池的阻抗，降低电池的极化，并提升循环性能。

以上现有技术的不足之处是在高电压下，含P-O/Si-O的化合物会在正负极的表面处形成较厚的界面膜，进一步增大电池的极化和阻抗，导致电池电化学性能恶化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三元锂离子电池非水电解液及其锂离子电池，该三元锂离子电池非水电解液中的添加剂具有良好的成膜性能，可有效解决高镍高电压三元锂离子电池的循环性能、倍率性能和高温性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种三元锂离子电池非水电解液，包括非水性有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，所述添加剂包括至少一种具有式(I)所示结构的硼酸酐类添加剂：