[发明专利]用于高容量锂离子电池的电解液、制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电解液领域，特别是一种用于高容量锂离子电池的电解液，以及该电解液的制备方法和采用该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自1999年问世以来一直是人们在新能源领域的研究热点。它以电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点被广泛应用于移动电话、数码相机和笔记本电脑等电子产品。另外，锂离子电池还作为替代能源的储能装置直接应用于电动车及混合电动车。随着技术的发展，对锂电池能量密度的的要求越来越高。

在目前最常用的正极材料中，当正极材料中的镍含量在70-90％时,具有高的可逆比容量和较好的循环稳定性,被认为是最有可能替代LiCoO₂的正极材料之一,而且镍资源丰富，价格相对低廉，所以高镍材料己成为锂离子电池正极材料的研究热点，针对当前锂离子电池高容量的需求，使用高克容量的高镍正极材料不失为一种提高锂离子电池容量的有效手段。

目前商业使用的负极材料主要是碳类材料，具有循环性能优，储备丰富和价格低廉的特点，但是碳负极的容量已经非常接近其理论容量(372mAh/g)，比容量开发潜力较小，且在电池过充时具有较大的安全隐患。所以开发出更高能量密度负极材料已成为目前锂离子电池领域的迫切需求。其中硅碳类材料由于其具备高的理论容量而备受关注，并且越来越多的被应用在商业化产品中。

以高镍材料作为锂离子电池正极，以硅碳复合材料作为负极能够很大程度的提升电池的比能量。

在高镍材料为正极、硅碳复合材料为负极的锂离子电池体系内，由于高镍材料中Ni含量的增加，且在充电过程中，随充电电压升高，高镍材料正极表面Ni³⁺和Ni⁴⁺含量增加，由于Ni⁴⁺具有很强的氧化性，不仅与电解液发生反应，破坏电解液的功能，而且可能导致正极材料在较低的温度下分解析出O₂，产生大量热，高温条件下电解液分解产生大量气体，给电池带来安全性隐患。高镍材料正极过渡金属离子溶出在负极的沉积对负极SEI膜的破坏也会造成电池性能的劣化。硅碳复合负极虽然具有较高的比容量，但是由于硅在脱嵌锂过程中会产生巨大的体积效应，负极表面SEI膜不断破坏并重新生成，同时硅颗粒因为巨大的应力发生破裂或者粉化，造成硅负极上的活性物质脱落，活性物质与集流体之间的电接触变差，导致电池内阻增加，电池性能变差。

鉴于在高镍材料为正极、硅碳复合材料为负极的锂离子电池体系中高镍材料的强氧化性、过渡金属离子易溶出和硅碳负极体积膨胀大导致表面SEI膜的不稳定性，有必要提供一种能同时与高镍正极和硅碳复合负极匹配的电解液。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于高容量锂离子电池的电解液。该电解液适用于高镍正极和硅碳复合负极锂离子电池，改善该锂离子电池的循环性能和高温存储性能，同时本发明还提供该电解液的制备方法以及采用该电解液的高容量锂离子电池。

本发明提供的技术方案为：一种用于高容量锂离子电池的电解液，所述的电解液包括非水溶剂和六氟磷酸锂，所述的电解液还包括负极成膜添加剂、抑制正极表面活性添加剂和过渡金属离子络合剂；

其中，负极成膜添加剂由占电解液总量1～10wt％的有机酯类负极成膜添加剂和占电解液总量0.5～2wt％的无机锂盐负极成膜添加剂组成；

抑制正极表面活性添加剂由占电解液总量1～5wt％的氟醚类添加剂和占电解液总量0.1～5wt％的腈类添加剂组成；

所述的过渡金属离子络合剂占电解液总量的0.1～1.0wt％。

在本发明中，wt％为质量百分数。

优选地，负极成膜添加剂由占电解液总量1～5wt％的有机酯类负极成膜添加剂和占电解液总量0.5～2wt％的无机锂盐负极成膜添加剂组成；

抑制正极表面活性添加剂由占电解液总量1～5wt％的氟醚类添加剂和占电解液总量1～2wt％的腈类添加剂组成；

所述的过渡金属离子络合剂占电解液总量的0.5～1.0wt％。

在上述的用于高容量锂离子电池的电解液中，所述的腈类添加剂为丁二腈，戊二腈，己二腈，庚二腈，1,3,6-己烷三腈，1,2,3-丙烷三腈，乙二醇双(丙腈)醚中的一种或多种。