[发明专利]锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供一种锂离子电池电解液及锂离子电池，锂离子电池电解液包括锂盐I、功能性添加剂和有机溶剂；所述功能性添加剂包括正极保护添加剂和负极成膜添加剂；所述正极保护添加剂包括甲烷二磺酸亚甲酯和锂盐II；所述负极成膜添加剂包括1,3‑丙烯磺酸内酯和硫酸乙烯酯。本发明提供的锂离子电池电解液，可改善三元高镍正极材料锂离子电池在高温下的存储性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种能应用于三元高镍正极材料锂离子电池的电解液。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、输出功率大、电压高、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应和环境友好等优点，已应用于电动车、轨道交通、大规模储能和航空航天等领域。

随着锂离子电池能量密度的提升需求，三元正极材料在锂离子电池尤其是在动力电池中的应用越来越广泛。高镍材料随着镍含量的提高其克容量发挥也逐渐提高，但是高镍材料结构不稳定，在电池应用中易出现高温存储性能不佳、循环性能差、胀气等情况。

因而，开发一款能提升三元高镍正极材料(或称高镍三元正极材料)的锂离子电池的高温存储等方面性能的功能性电解液迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种锂离子电池电解液，该锂离子电池电解液应用于三元高镍正极材料锂离子电池中，能改善三元高镍正极材料锂离子电池在高温下的存储性能等。

本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

本发明提供一种锂离子电池电解液，所述电解液包括锂盐I、功能性添加剂和有机溶剂；所述功能性添加剂包括正极保护添加剂和负极成膜添加剂；所述正极保护添加剂包括甲烷二磺酸亚甲酯和锂盐II；所述负极成膜添加剂包括1,3-丙烯磺酸内酯和硫酸乙烯酯。

本发明中，通过甲烷二磺酸亚甲酯和锂盐II组合作为正极保护添加剂，1,3-丙烯磺酸内酯和硫酸乙烯酯组合作为负极成膜添加剂，组合形成的功性能添加剂通过各组分的协同配合，应用于高镍三元正极材料电池的电解液中，能有效改善三元高镍正极材料的锂离子电池的高温存储性能。将本发明的电解液应用于三元高镍正极材料锂离子电池中，甲烷二磺酸亚甲酯在正极表面分解形成正极保护膜，能抑制过渡金属的溶出；锂盐II可在正极表面吸附，抑制锂盐I的分解，降低正极保护膜中LiF的含量，提高正极界面导锂性能，降低界面阻抗，提高电池的高温循环性能；1,3丙烯磺酸内酯和硫酸乙烯酯都为含硫添加剂，分解生成的SEI膜含有S-O组分，可以修饰和改善SEI膜，前者分解产物主要为磺酸锂类化合物，可改善电池的高温存储性能，但形成的SEI膜阻抗较高，硫酸乙烯酯形成的SEI膜成分主要为硫酸锂类化合物，阻抗较低，两者相互协同提高电池的高温存储性能。

本发明优选实施方案中，基于电解液总质量，所述正极保护添加剂的质量比例为1.5％-4.5％，优选1.5％-2.5％；其中所述甲烷二磺酸亚甲酯在所述电解液中的质量比例为≥0.5％且≤1.5％，优选＞0.5％且≤1.5％(例如0.6％、0.8％、1.0％、1.3％、1.5％等)，例如1％-1.5％，采用优选用量的甲烷二磺酸亚甲酯，与锂盐II搭配，有利于提高电池的高温循环性能，同时具有更佳的高温存储稳定性；甲烷二磺酸亚甲酯在正极表面分解形成正极保护膜，可降低氟化锂分含量，提高正极界面导锂性能，同时可抑制LiPF₆及电解液在正极界面的分解。在一些优选实施方式中，基于电解液总质量，所述正极保护添加剂的质量比例为1.5％-2.5％；所述甲烷二磺酸亚甲酯在所述电解液中的质量比例为＞0.5％且≤1.5％，采用优选组分用量的电解液，利于改善三元高镍正极材料锂离子电池的高温存储稳定性和高温循环性能。

本发明中，锂盐II在电解液中的质量比例优选为但不局限于0.5％-1.5％的范围内(例如0.5％、1.0％、1.3％、1.5％)，或可以为1.0-1.5％。优选将锂盐II的用量控制在该范围，与甲烷二磺酸亚甲酯联合作为正极保护添加剂，有利于获得较佳的电池高温存储性能。