[发明专利]锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池。该锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔离膜和电解液，所述正极极片包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括正极活性物质；所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料包括负极活性物质；所述正极活性物质为LiNi_1‑x‑yA_xMn_yO₂，其中，A为Co或Al，x和y满足：0≤x≤0.2，0≤y≤0.2，0x+y0.4；所述电解液包括环状硫酸酯类添加剂和硅烷磷酸酯类添加剂，所述硅烷磷酸酯类添加剂与所述正极活性物质的质量比小于等于0.005。该锂离子电池具有优秀的能量密度、循环性能、安全性能。

技术领域

本发明涉及电化学储能设备领域，具体而言，本发明涉及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高的工作电压、能量密度高、环境友好等优点，被广泛应用在3C 消费电池、动力电池和储能电池领域，并且在航空航天、国防军工等领域也有广阔的应用前景，而这些领域对锂离子电池的性能要求都比较苛刻，主要包括高低温性能、循环性能和安全性能上，而电解液是决定这些性能的关键因素之一。然而，现有的用于锂离子电池电解液的添加剂及锂离子电池仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现提出的：

环状硫酸酯类化合物硅烷磷酸酯类化合物自身化学性质不稳定，当这两类物质作为添加剂在电解液中的添加量过高时，如果锂离子电池化成后在电解液中残留量过多，将随着电池的测试或使用发生分解，造成电池性能恶化。具体来说，在锂离子电池的化成成膜过程中，由于环状硫酸酯化合物的LUMO能级较电解液溶剂低，因此会优先在负极界面被还原形成亚硫酸锂(Li₂SO₃)占主要成分的固体电解质界面层(SEI膜)，剩余未参与负极界面反应的环状硫酸酯化合物会在高电位下正极界面形成硫酸酯锂盐(ROSO₃Li)占主要成分的正极电解质界面(CEI膜)，硫酸酯锂盐(ROSO₃Li)的主链结构中含有烷氧基结构 -CH₂CH₂O-，因而环状硫酸酯添加量不宜过多，避免形成的CEI膜过厚导致电池阻抗过大。硅烷磷酸酯化合物的HOMO能级较电解液溶剂高，使用时可先在正极界面被氧化形成 Li₃PO₄等无机盐类物质，较好地修饰环状硫酸酯化合物在正极界面形成的CEI膜。但是硅烷磷酸酯化合物自身对水和温度敏感，氧化电位在4V左右，如果添加量过大，化成成膜后残留过多，剩余硅烷磷酸酯在高温下会被氧化分解产生大量气体，造成电池发鼓，循环性能急剧下降并且导致防爆阀开启、产生漏液风险。

发明人在研究中发现，环状硫酸酯化合物和硅烷磷酸酯化合物化成后在电解液中残留过度所造成的副作用，在采用高镍正极活性物质(如LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂或LiNi_1-x-yAl_xMn_yO₂， 0≤x≤0.2，0≤y≤0.2，0x+y0.4)的锂离子电池中更为明显。其原因可能在于：(1)镍离子会催化电解液溶剂分解产气，高镍正极活性物质的使用导致这一问题更为显著；(2)高镍正极活性物质中的锰元素、钴元素更易溶出，破坏SEI膜；(3)高镍正极活性物质中，镍含量越高能量密度越高，但催化活性也越高，电解液中残留的硅烷磷酸酯类化合物会被镍催化分解，导致电解液酸度增加，且生成的HF会破坏SEI膜并腐蚀正极，加剧电池性能恶化。