[發明專利]一種三元正極材料鋰離子電池電解液

在審

• 申請號: 202010560663.4
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111769326A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 俞金萍;梁大宇;沈劍
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 程篤慶

本發明公開了一種三元正極材料鋰離子電池電解液，其原料包括：有機溶劑、鋰鹽、成膜添加劑和功能添加劑，其中，功能添加劑包括：低阻抗鋰鹽、磺酸酯類有機物和硼酸酯化合物。本發明通過低阻抗鋰鹽、磺酸酯類有機物和硼酸酯化合物三種添加劑的使用所產生的協同效應，使得三元正極材料電池在低溫環境下具有優異的放電性能；且工作電壓在4.4V及以上時具有優異的高溫循環性能，因而在三元電池體系中有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電解液技術領域，尤其涉及一種三元正極材料鋰離子電池電解液。

背景技術

鋰離子電池由于工作電壓高、能量密度高、循環壽命長、對環境友好等特點，廣泛應用與3C數碼產品、電動汽車等領域。鋰離子電池在新能源汽車的應用在未來幾年中將呈放量式增長的趨勢，根據《節能與新能源汽車產業發展規劃》，動力電池要求到2020年能量密度達300Wh/Kg。因此，開發具有高能量密度的電池體系勢在必行。

目前，新能源汽車領域用的鋰離子電池主要由兩類，一類是正極材料為磷酸鐵鋰(LFP)電池，一類為三元材料電池。LFP電池體系的優點是循環性能好、安全性能比較可靠，缺點是能量密度不足、低溫性能差，尤其是能量密度的問題成為其發展的主要瓶頸。三元材料體系根據不同元素組成，也主要有NCM、NCA兩類，可用通式LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂表示。其中，NCM材料中引入價格更便宜的Ni和Mn，減少了Co的使用，從而節省了材料成本；另一方面，NCM可以在4.35-4.6V電壓范圍內，其結構保持穩定，為其在高電壓、高能量密度的動力電池體系中提供了可靠保證。

當前包括特斯拉為代表的使用松下電池供貨的三元體系的工作電壓為4.2V，發展更高電壓、高能量密度的三元動力電池是電池技術發展的趨勢，也是新能源產氣發展的必然要求。目前市面上4.35V及以上的三元動力電池電解液仍不成熟，主要問題在于，三元材料比表面積大、體系中由于存在氧化性更強的Ni元素，能與電解液發生化學作用，從而影響電池的性能，尤其電池的高低溫循環性能、高溫儲存性能無法得到滿足。因此急需開發4.4V以上高電壓相適應的三元材料體系鋰離子電池電解液以滿足這一現實需要。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種三元正極材料鋰離子電池電解液，本發明通過加入功能添加劑，包括低阻抗鋰鹽、磺酸酯類有機物和硼酸酯化合物三種添加劑，所產生的協同效應，使得三元正極材料電池在低溫環境下具有優異的放電性能且工作電壓在4.4V及以上高電壓條件下具有優異的高溫循環性能，因而在三元電池體系中有廣泛的應用前景。

本發明提出的一種三元正極材料鋰離子電池電解液，其原料包括：有機溶劑、鋰鹽、成膜添加劑和功能添加劑，其中，功能添加劑包括：低阻抗鋰鹽、磺酸酯類有機物和硼酸酯化合物。

優選地，磺酸酯類有機物為1,3-丙烷磺酸內酯、1,4-丁烷磺酸內酯、硫酸亞乙酯、亞硫酸乙烯酯、甲烷磺酸甲酯、甲烷二磺酸二甲基酯、甲烷二磺酸二乙基酯、甲烷二磺酸二苯基酯、甲烷二磺酸亞甲酯、三氟甲烷二磺酸二甲基酯、2,4-二甲基苯磺酸甲酯、3-羥基丙磺酸中的至少一種。

優選地，低阻抗鋰鹽包括二氟磷酸鋰、四氟草酸磷酸鋰、磷酸鋰、二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。

優選地，硼酸酯化合物為硼酸三甲酯、三乙基硼酸酯、硼酸三烯丙酯、硼酸三叔丁酯、三苯基硼酸酯、四甲基硼酸酯、硼酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、硼酸三(六氟異丙基)酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三甲基環三硼氧烷、三(五氟苯基)硼烷中的至少一種。

優選地，磺酸酯類有機物占所述電解液總質量的0.05-8％。

優選地，磺酸酯類有機物占所述電解液總質量的0.05-2％。

優選地，低阻抗鋰鹽占所述電解液總質量的0.5-10％。