[發明專利]一種三元鋰離子電池電解液及其離子電池

在審

• 申請號: 202110168815.0
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113078355A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 邱陽;朱學全;劉楊;王建斌;潘立寧
• 申請（專利權）人: 東莞市杉杉電池材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 程曉明

本發明公開了一種三元鋰離子電池電解液及其離子電池，電解液包括非水性有機溶劑、鋰鹽及成膜添加劑，具有特定結構的成膜添加劑能夠在三元材料表面形成均勻致密的保護膜，減少電解液與電極活性材料的反應，進而提高了鋰離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種三元鋰離子電池電解液及其離子電池。

背景技術

近年來，隨著電動汽車、儲能系統等大中型系統對鋰離子電池的需求不斷增加，需要進一步提高鋰離子電池的能量密度。常用的措施是提高電池的充電截止電壓，但是電池處于高電壓下，正極材料會存在一定的缺陷，如結構坍塌、離子混排和金屬離子溶出等；其次就是采用高能量密度的正極材料，如NCM622和NCM811等，同時配合高能量密度的負極材料，如硅基負極。然而，較高的鎳含量使得鈷和錳的含量降低，導致NCM的結構不穩定和嚴重的容量衰減問題。富鎳NCM的容量衰減是由不可逆的相變、電極/電解質界面的副反應等各種因素共同造成的，循環過程中高鎳三元材料從層狀結構向無序尖晶石結構和巖鹽結構轉變，即陽離子混排，進而阻斷了Li⁺的擴散，導致界面阻抗的增加和可逆容量的衰降(NanoLetters,2017,17(6):3946)。

高鎳三元材料的技術難點在于高溫循環性能不佳和高溫存儲產氣的問題，常規成膜添加劑不能很好的抑制三元正極材料金屬離子溶出、結構的破壞和脫離后正極的氧化催化。針對以上問題，解決的思路通常為：①在正極表面形成一層保護性的CEI膜，阻斷HF對結構的侵蝕，同時抑制金屬離子的溶出；②加入具有絡合金屬離子的功能型添加劑，阻止Mn、Ni等離子在負極上的沉積，造成電解液的還原分解和阻礙離子嵌入和脫出通道；③加入負極成膜添加劑，改善負極界面膜的成份和性質，從而使得Mn、Ni等離子的沉積不對負極造成負面影響。

如中國專利CN110380113A公開了高電壓鋰離子電池電解液用添加劑及其應用，該發明的鋰離子電池電解液包含鋰鹽、有機溶劑和添加劑，其中，添加劑為含有雙腈基官能團的酯類化合物和其他添加劑，能夠在高電壓正極材料的表面生成保護膜，在提高鋰離子電池能量密度的基礎上，進一步提高了鋰離子電池的循環壽命和高溫存儲性能。不足之處是該添加劑成膜阻抗較大。

如中國專利CN108336404A公開了一種鋰離子電池非水電解液和鋰離子電池。所述非水電解液包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，所述添加劑選自磷酸酯類化合物。該電解液能起到很好的阻燃效果，增加了電池的安全性能，電池的循環性能也大大提升，但是，該添加劑成膜阻抗較大。

發明內容

為了克服上述背景技術的不足，本發明提供了一種三元鋰離子電池電解液及其離子電池，本發明的三元鋰離子電池電解液通過優化配方，在獨特組合的多種組分的協同作用下，可有效解決鋰離子電池的高溫存儲性能和倍率循環性能，使電解液體系兼具高能量密度、高安全性能，有利于滿足電解液在高電壓下對高溫存儲性能、倍率循環性能和安全性能的需求，進而提高了高電壓鋰離子電池的電化學性能。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種三元鋰離子電池電解液，包括非水性有機溶劑、鋰鹽及成膜添加劑，所述成膜添加劑結構式如下式所示：

其中，R₁,R₂,R₃,分別獨立選自氫原子、氟原子、1-4個碳的烷基、烯基、炔基、腈基、氟代烷基及芳基。

優選地，所述成膜添加劑選自以下結構式所示化合物中的至少一種：

優選地，所述成膜添加劑的含量為三元鋰離子電池電解液總質量的0.3～2.0％。