[发明专利]一种高镍三元正极材料电解液

说明书

本发提供一种高镍三元正极材料电解液以及所述电解液在锂离子电池中的应用。所述电解液包括电解质锂盐、有机溶剂、正极成膜添加剂和负极成膜添加剂，所述负极成膜添加剂为二苯基亚磺酰亚胺，所述正极成膜添加剂为4,4,4‑三氟丁酸乙酯。所述4,4,4‑三氟丁酸乙酯和二苯基亚磺酰亚胺能够在正负极表面分别对应的形成均匀致密的CEI膜和SEI膜，改善电解液与正负极的界面相容性，从而提高锂离子电池高温循环性能，同时降低了阻抗。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，具体的，涉及一种适用于高镍三元正极材料的电解液及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

三元层状氧化物{Li[NixCoyMz]O₂(0＜x,y,z＜1,M＝Mn,缩写NMC；M＝Al,缩写NCA)}具有能量密度高、循环性能好、价格适中等优异的综合性能，是目前锂离子电池(LIBs)中最具应用前景的一类正极材料。随着纯电动汽车(EVs)及混合电动汽车(HEVs)的快速发展，人们对LIBs的能量密度、循环寿命以及安全性要求不断提高。然而，在传统电解液体系中，三元正极材料在高电压、高温下会发生剧烈的结构变化和界面副反应，给实际应用带来巨大挑战，尤其是高镍三元材料的循环寿命和安全性。

研究发现造成高镍三元材料这些问题的原因复杂，主要分为材料本身和界面两大问题。材料本身的问题一方面是循环过程中的Ni/Li混排，产生相变反应，进而诱发应力应变效应，造成材料循环过程中容量衰减；另一方面是高脱锂状态下Ni⁴⁺倾向于还原生成Ni³⁺，材料中会释放出氧气，而使材料的热稳定性变差。界面问题是指电极/电解液界面在实际电化学环境中存在不稳定性，极易受电解液中游离酸腐蚀作用，从而导致电池容量保持率低、高温性能差等问题。

目前的解决方法主要有两种:一种方法是对三元正极材料进行改性，如离子掺杂、材料表面包覆等。具体的，如通过在三元材料晶格中掺杂Mg和F等元素；通过在材料表面包覆一些厚度合适的金属氧化物(如Al₂O₃、ZrO等)、氟化物(如AlF₃等)或者某些磷酸盐，物理隔离活性物质与电解液之间的直接接触，减少副反应的发生等等，虽然这种包覆和掺杂改性能够一定程度上改变电极材料某些性能，但是不能从根本上改善电池的高温循环、低温放电等性能。另一种方法是开发新的电解液添加剂。新型的电解液成膜添加剂在电池体系中能够形成保护膜，从而切断电极材料与电解液的直接接触，是目前为止最行之有效的方法之一，其避免了高温高压条件下，正极材料对电解液氧化分解造成锂离子电池循环性能差。因此，开发适用于高镍三元材料锂电池相匹配的电解液显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于高镍三元正极材料的电解液以及所述电解液在锂离子电池中的应用。

为达到上述目的，第一方面，本发明提供一种高镍三元正极材料电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂、正极成膜添加剂和负极成膜添加剂，所述负极成膜添加剂为二苯基亚磺酰亚胺，其结构如式(I)所示。

优选的，所述正极成膜添加剂为4,4,4-三氟丁酸乙酯，其结构如式(II)所示。

进一步优选的，所述正极成膜添加剂4,4,4-三氟丁酸乙酯添加量为所述电解液质量含量的1.0～3.0％。

进一步优选的，所述负极成膜添加剂二苯基亚磺酰亚胺的添加量为所述电解液质量含量的0.5～3.0％。

优选的，所述电解质锂盐的总浓度为1.0～1.2mol/L。所述电解质锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)中的一种或至少两种的组合。