[发明专利]一种三元高电压锂离子电池电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池高电压电解液添加剂和含有该添加剂的高电压电解液及锂离子电池。所述的添加剂为如下结构式Ⅰ所示结构的苯多腈化合物：其中R₁、R₂分别独立选自氢、氰基、卤素、C₁~C₆的烃基、部分氢或全部氢被卤素取代的C₁~C₆的烃基、C₁~C₆的烷氧基、部分氢或全部氢被卤素取代的C₁~C₆的烷氧基团的一种或几种。该电解液添加剂可有效促进锂离子电池正极表面聚合形成稳定的CEI膜，抑制了正极与电解液的界面反应，减少了电解液在高电压环境下的氧化分解，从而有效提高锂离子电池常电压和高电压下的循环性能和使用寿命。同时，此种电解液制备工艺简单，适用于工业化生产，因而有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种可以提高锂离子电池在3 ~ 4.6V下的循环性能和使用寿命的电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于工作电压高、能量密度大、循环寿命长等特点，广泛应用与3C数码产品、电动汽车、航空航天等领域。近年来，随着电子产品向着智能化、长续航、多功能化发展，市场对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。

目前新能源汽车领域的动力电池主要有两类，一类为磷酸铁锂电池，一类为三元材料电池。与磷酸铁锂材料相比，三元材料具有更高的导电性以及理论和实际克容量，因此越来越受到市场的关注。为了提高三元材料电池的能量密度，除了对现有三元正极材料和电池的制备工艺改进以外，提升电池的充电截止电压是较为常用的措施，它是通过提升正极活性材料的充电深度来实现电池的高能量密度。

但随着锂离子电池电压的提高，常规电解液很容易被高电压下的正极活性物质催化氧化分解，产生大量气体，同时电解液氧化分解的产物不断在正极表面沉积，从而导致电池的内阻和钝化层厚度不断增长，电池的循环性能恶化；此外，高电压下正极活性物质自身也很不稳定，在电解液作用下，过渡金属离子被还原溶出，穿过SEI膜后在负极表面被还原成金属单质，从而导致负极阻抗不断增大，严重缩短了电池在高电压下的使用寿命。

电解液的匹配性问题，严重的阻碍了高电压锂离子电池的发展；因此，急需开发一种于4.4V以上高电压相适应的电解液，以保证锂离子电池正极材料体系性能的优良发挥。

如今，通过在常规的电解液中加入电解液添加剂是提高埋离子电池电解液性能最有效和便捷的方法。腈类是分子结构中含有氰基的一类有机化合物，能够增强电解液对正极氧化的抵抗能力,从而搞升电解液在高电压下的循环寿命。目前研究较多的腈类添加剂大多是直链多腈，如中国专利CN105633469 B公开的己二腈(AN)、专利CN105098246 B公开的丁二腈(SN)等。公开号为CN107785610 A的中国专利提出采用苯腈类化合物作为添加剂制备一种锂离子电池，但是所述苯腈类化合物的加入仅仅是提高了锂离子电池的高/低温性能，并没有提及改善电池的耐高电压性能。公开号为CN108390097 A的中国专利采用苯甲腈作为添加剂制备了一种锂离子电池，并改善其在4.5V电压下锂离子电池的高电压稳定性。由于腈类添加剂对提高电池的耐高电压性能与分子中-C≡N官能团的数目有关，在适当的添加量下，单分子中-C≡N官能团数量越多可实现与更多过渡金属离子的络合。这使得多腈在较少的使用量就可达到其他单腈类较多添加量时的效果。显然，公开号为CN108390097A的中国专利中苯甲腈中氰基数目少，其所述添加剂投加量很大（质量百分比高达10 ~20%），形成过厚的正极界面膜，不仅降低了锂离子电池的电导率，同时影响了锂离子电池的循环性能；除此之外添加剂的投加量过大急剧增加了电解液的制造成本。因此，本发明将致力于开发一种单分子拥有更多-C≡N官能团的苯腈类添加剂，以及一种基于该类添加剂的非水锂离子电池电解液；以更少的投加量（质量百分比0.3 ~ 1%）、更低的成本，进一步提高在4.5V以上电压下锂离子电池的循环稳定性，具有现实的应用前景。

发明内容