[发明专利]一种三元锂离子电池电解液及其离子电池

说明书

本发明公开了一种三元锂离子电池电解液及其离子电池，电解液包括非水性有机溶剂、锂盐及成膜添加剂，具有特定结构的成膜添加剂能够在三元材料表面形成均匀致密的保护膜，减少电解液与电极活性材料的反应，进而提高了锂离子电池的电化学性能。

技术领域

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电解液及其离子电池。

背景技术

近年来，随着电动汽车、储能系统等大中型系统对锂离子电池的需求不断增加，需要进一步提高锂离子电池的能量密度。常用的措施是提高电池的充电截止电压，但是电池处于高电压下，正极材料会存在一定的缺陷，如结构坍塌、离子混排和金属离子溶出等；其次就是采用高能量密度的正极材料，如NCM622和NCM811等，同时配合高能量密度的负极材料，如硅基负极。然而，较高的镍含量使得钴和锰的含量降低，导致NCM的结构不稳定和严重的容量衰减问题。富镍NCM的容量衰减是由不可逆的相变、电极/电解质界面的副反应等各种因素共同造成的，循环过程中高镍三元材料从层状结构向无序尖晶石结构和岩盐结构转变，即阳离子混排，进而阻断了Li⁺的扩散，导致界面阻抗的增加和可逆容量的衰降(NanoLetters,2017,17(6):3946)。

高镍三元材料的技术难点在于高温循环性能不佳和高温存储产气的问题，常规成膜添加剂不能很好的抑制三元正极材料金属离子溶出、结构的破坏和脱离后正极的氧化催化。针对以上问题，解决的思路通常为：①在正极表面形成一层保护性的CEI膜，阻断HF对结构的侵蚀，同时抑制金属离子的溶出；②加入具有络合金属离子的功能型添加剂，阻止Mn、Ni等离子在负极上的沉积，造成电解液的还原分解和阻碍离子嵌入和脱出通道；③加入负极成膜添加剂，改善负极界面膜的成份和性质，从而使得Mn、Ni等离子的沉积不对负极造成负面影响。

如中国专利CN110380113A公开了高电压锂离子电池电解液用添加剂及其应用，该发明的锂离子电池电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，其中，添加剂为含有双腈基官能团的酯类化合物和其他添加剂，能够在高电压正极材料的表面生成保护膜，在提高锂离子电池能量密度的基础上，进一步提高了锂离子电池的循环寿命和高温存储性能。不足之处是该添加剂成膜阻抗较大。

如中国专利CN108336404A公开了一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池。所述非水电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂选自磷酸酯类化合物。该电解液能起到很好的阻燃效果，增加了电池的安全性能，电池的循环性能也大大提升，但是，该添加剂成膜阻抗较大。

发明内容

为了克服上述背景技术的不足，本发明提供了一种三元锂离子电池电解液及其离子电池，本发明的三元锂离子电池电解液通过优化配方，在独特组合的多种组分的协同作用下，可有效解决锂离子电池的高温存储性能和倍率循环性能，使电解液体系兼具高能量密度、高安全性能，有利于满足电解液在高电压下对高温存储性能、倍率循环性能和安全性能的需求，进而提高了高电压锂离子电池的电化学性能。

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电解液，包括非水性有机溶剂、锂盐及成膜添加剂，所述成膜添加剂结构式如下式所示：

其中，R₁,R₂,R₃,分别独立选自氢原子、氟原子、1-4个碳的烷基、烯基、炔基、腈基、氟代烷基及芳基。

优选地，所述成膜添加剂选自以下结构式所示化合物中的至少一种：

优选地，所述成膜添加剂的含量为三元锂离子电池电解液总质量的0.3～2.0％。