[发明专利]一种三元锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池

说明书

本发明提供一种三元锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池。所述三元锂离子电解液包括如下组分：锂盐、添加剂和非水溶剂；所述添加剂选自2‑巯基吡啶和/或乙烯硫脲。所述三元锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔膜和如上所述的三元电池电解液；所述隔膜位于正极极片和负极极片之间。本发明通过采用2‑巯基吡啶和/或乙烯硫脲作为电解液的添加剂，制备得到的电解液能够有效避免循环过程中正极活性物质颗粒的腐蚀和开裂，提高了三元锂离子电池的循环性能，且本发明提供的电解液的生产成本较低，适于工业化生产和使用。

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含有该电解液的锂离子电池。

背景技术

近20年来，随着石化能源逐渐枯竭和温室效应的日益严重促使人们不断探索可持续和清洁能源。锂离子电池作为一种新型绿色高能电池具有高工作电压、高能量密度、长寿命、宽工作温度范围和环境友好等优点，被广泛应用于数码产品、电动工具、电动汽车和航空航天等领域，并吸引了广泛的关注。目前，锂电池正极材料以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元正极材料为主，其中三元正极材料因其价格低廉，性能稳定，成为制备锂电池的首选材料。

随着能量密度不断的提升，商业化的层状过渡金属锂盐LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(NCM)三元材料已从NCM333更新换代到NCM523，甚至NCM622、NCM811已有不少厂家已经规模化生产。对于层状锂镍系复合氧化物(通常所说的三元材料)在不改变充电截止电压下，增加Ni含量是提高其克容量的方法之一，这是由于Ni²⁺/Ni³⁺氧化成Ni³⁺/Nⁱ⁴⁺所需的电位比Co³⁺转变成Co⁴⁺更低。三元材料(镍钴锰酸锂)提高镍的含量能大大提升材料的比容量，因此高镍三元材料必然是将来大型电池的一种理想材料。

然而，随着镍含量的不断提高，三元正极材料在循环时仍存在很多问题，如高电压下电解液会在材料表面被分解，造成电解液和活性锂不断被消耗，以及过渡金属溶出造成晶体结构的相变，缩短材料的使用寿命等。

目前改善以三元高镍材料为正极的锂离子电池性能的措施主要分为两类：一种是对正极材料表面进行包覆和/或对体相进行掺杂以提高正极的稳定性；另一种是使用电解液添加剂提高电解液的稳定性和成膜性(如Gulbinska M K等人在Lithium-ion CellMaterials in Practice[J].Green Energy and Technology,2014,111:1-29中报道所述)，其中所述电解液添加剂按功能分也可分为成膜添加剂、低温添加剂和安全添加剂等，其中成膜类添加剂会在电极表面优先于电解液主体溶剂分解，形成一层固体电解质膜(负极上称为SEI，正极上称为CEI)，从而抑制电解液的分解，保护电极不受电解液产生的HF侵蚀等。

CN109818063A公开了一种三元锂离子电池非水电解液及三元锂离子电池。所述非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂中含有常规负极成膜添加剂，还含有结构式1或/和结构式2所示的磺酸酯类添加剂：

其中，所述的磺酸酯类添加剂能够在三元材料表面形成一层均匀致密的保护膜，抑制了基础电解液分解产生的HF对NCM颗粒的腐蚀，避免了NCM颗粒在循环过程中颗粒内裂纹的产生，从而有效提升高镍三元锂离子电池的循环性能和倍率性能。

CN109873204A公开了一种三元锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池。所述电解液包含非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂中含有第一类含硼锂盐添加剂和第二类含硫有机物添加剂。所述第一类硼锂盐添加剂为结构式3和/或结构式4：