[发明专利]正极成膜添加剂、包含其的电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种正极成膜添加剂、包含其的电解液及锂离子电池。所述正极成膜添加剂为三(三氟甲基)磷，所述包含其的富锂锰基正极材料电解液，能够有效的提高锂离子电池的高温循环性能，防止其容量衰减，同时还能进一步提升锂离子电池的高温储存性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，具体的，涉及一种正极成膜添加剂、包含其的电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池电解液是锂离子电池中的重要组成部分，传统的锂离子电池材料正极采用的是钴酸锂，负极采用的是石墨，提高这类锂离子电池能量密度的方式通常通过提高电池的工作电压来实现，而高的工作电压将会导致电解液的快速分解以及钴酸锂材料结构的破坏，使得电池循环寿命大大降低，很难满足实际使用需求。大量的研究证实，开发高能量密度锂离子电池最有效的途径之一是使用更高容量正极材料替代现有的钴酸锂材料。富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(l-x)LiMO₂(M＝Mn、Ni、Co等)是近年来新兴的一种高容量正极材料，具有固溶体结构，其比容量大(250～280mAh/g)、理论能量密度高(900Wh/kg)、循环寿命长、成本低、污染小等优点，成为目前各国竞相开发的热点正极材料，工作电压最高可达4.6V，远高于目前的三元镍钴铝和镍钴锰材料。

但是富锂锰基正极材料也存在着短板，例如：不可逆容量高、循环性能差、放电电压衰降、容量衰减等。原因主要有两方面：一方面由于其工作电压在4.6V以上，传统的碳酸酯有机溶剂和六氟磷酸锂电解液体系在高电压下容易氧化分解，且材料中的Ni³⁺可进一步促进有机溶剂提前氧化分解，副产物LiF等无机物附着在正极表面，随着循环的增加，正极表面膜不断增厚，严重影响了Li+的迁移，降低了电导率，导致材料的循环性能变差，再者，副产物HF会腐蚀材料，使材料溶解失效；另一方面，随着循环次数的增加，材料的结构逐渐由层状转变为尖晶石结构，材料发生破裂，最终导致放电容量严重衰减。

针对这些问题，有效的方法之一是开发与之相匹配的电解液，具体实现手段主要是：通过向电解液中引入功能添加剂，实现在电极表面构建优良的固体界面膜(SEI膜)，构建优良的电极/电解液界面膜从而在不影响循环寿命的前提下提高电池的工作电压。现有的成膜添加剂如1,3-丙烯基-磺酸内酯(PES)、1,3-丙磺酸内酯(1,3-PS)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、丁二腈(SN)和己二腈(ADN)等，它们能在三元正极材料表面形成更稳定的SEI，从而显著提高了锂离子电池的循环性能。但是上述添加剂对于改善富锂锰基正极材料在高温循环性能及储存性能上仍不够理想，在高温高压条件下添加剂形成的CEI膜很容易破损，因此，有必要开发新的添加剂来进一步提高富锂锰基正极材料锂离子电池的高温循环及储存性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中富锂锰基正极材料锂离子电池高温循环及储存性能差的问题，提供一种新的正极成膜添加剂、包含其的电解液及锂离子电池。

第一方面，本发明提供一种正极成膜添加剂为三(三氟甲基)磷(TTFPi)，其结构如式(I)所示。

第二方面，本发明提供一种富锂锰基正极材料电解液，包含所述的正极成膜添加剂三(三氟甲基)磷。

作为一种优选的技术方案，正极成膜添加剂三(三氟甲基)磷的质量含量为0.5％～1.5％。

作为一种优选的技术方案，所述电解液进一步包含电解质锂盐、有机溶剂和负极成膜添加剂。

作为一种优选的技术方案，所述负极成膜添加剂为硫酸乙烯酯(DTD)，其结构如式(II)所示。

作为一种优选的技术方案，所述负极成膜添加剂硫酸乙烯酯的质量含量为1.0％～3.0％