[发明专利]电解液以及包含该电解液的高镍正极锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高镍正极锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无污染等特点，使得其在消费类电子、动力汽车电池及储能电源上具有广阔的应用前景。

无论在哪个应用领域，人们对锂离子电池的续航能力提出了更高的要求。为了提高锂离子电池的能量密度，开发具有高比容量的锂离子电池正极材料是有效办法之一。目前，高镍正极材料由于其理论比容量相比于其他正极材料高的特点使得其成为研究热点。然而高镍正极材料中镍金属含量很高使得其具有很强的氧化性，导致电解液容易在正极表面发生电化学氧化反应，同时引起高镍正极材料结构的变化导致镍、钴等过渡金属发生还原反应而溶出，从而引起锂离子电池电化学性能的恶化。因此开发出一种与高镍正极材料相匹配的电解液非常关键。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种高镍正极锂离子电池电解液，该电解液可与高镍正极材料相匹配，使用该电解液的锂离子电池优良的常温循环性能、高温循环性能、及高温存储寿命，并且可以显著减少高温存储过程中的产气量。

所述锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中所述添加剂包括环状硫酸酯化合物和异氰脲酸酯化合物。

优选地，所述环状硫酸酯化合物选自具有式Ⅰ所示化学结构式的化合物、具有式Ⅱ所示化学结构式的化合物中的至少一种，

其中，式Ⅰ中R₁、R₂各自独立的选自H或碳原子数为1～10的烷基；式Ⅱ中R₃、R₄、R₅各自独立的选自H或碳原子数为1～10的烷基。

优选地，所述环状硫酸酯化合物选自具有式Ⅰ所示化学结构式的化合物中的至少一种。进一步优选地，所述环状硫酸酯化合物选自具有式I所示化学结构式的化合物中的至少一种；式I中R₁、R₂是氢或甲基至少一种，式I中R₁是氢或甲基；R₂是氢或甲基。

优选地，所述异氰脲酸酯化合物选自具有式III所示化学结构式的化合物中的至少一种，

其中，式III中R₆、R₇、R₈各自独立的选自H或者碳原子数为1～10的饱和/不饱和烷基。

优选地，所述环状硫酸酯化合物为硫酸乙烯酯。即所述环状硫酸酯化合物具有式I所示的化学结构式，且式I中R₁和R₂均为氢。

优选地，所述异氰脲酸酯化合物选自三聚氰酸、1,3,5-三丙基异氰脲酸酯、1,3,5-三烯丙基异氰脲酸酯中的至少一种。

所述三聚氰酸的化学结构式为：

所述1,3,5-三丙基异氰脲酸酯的化学结构式为：

所述1,3,5-三烯丙基异氰脲酸酯的化学结构式为：

在锂离子电池电解液中单独加入异氰脲酸酯化合物，能够改善锂离子电池的高温循环性能和高温存储寿命。异氰脲酸酯化合物含有三个N原子，每有N原子各有一对孤对电子，能有效地与高价金属原子(Ni、Co、Mn等)络合，可以显著降低正极的界面阻抗，有利于锂离子在正极界面的迁移，并且N原子与高价金属原子(Ni、Co、Mn等)的络合有效地降低了高镍正极材料对电解液的氧化活性，特别是高温条件下其对电解液的氧化，进一步可以抑制因高镍正极材料结构的变化所导致的镍、钴等过渡金属发生还原反应而溶出，从而改善锂离子电池的高温循环性能和高温存储寿命。然而，另一方面，异氰脲酸酯化合物易在负极界面发生电化学还原反应生成阻抗比较大的固态电解质界面膜(SEI膜)，不利于锂离子在负极材料表面的迁移，从而恶化锂离子电池的常温循环性能。