CN110867611B - 一种高镍三元正极材料体系的动力锂离子电池电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了种高镍三元正极材料体系的动力锂离子电池电解液。所述电解液以重量份计，包括锂盐20‑25份、有机溶剂80‑85份、氟化链状羧酸酯1‑5份和电极稳定剂1‑5份。本发明的电解液通过功能添加剂与高镍三元正极材料中的过渡金属相互作用及在正负极表面分解形成稳定的界面膜，抑制金属离子催化活性、减少电池副反应发生，能有效提高高镍三元动力锂离子电池的循环寿命、安全性能及高温储存性能。

Description

一种高镍三元正极材料体系的动力锂离子电池电解液
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其是涉及一种高镍三元正极材料体系的动力锂离子电池电解液。
背景技术
相对于传统的Lead-acid、Ni-Cd、Ni-MH等二次电池，锂离子电池因具备高工作电压，高比能量和比功率、自放电小、无记忆效应、循环稳定性好和绿色环保等优点。随着锂离子电池在电动汽车领域的应用，对其电化学性能提出了更高的要求。锂离子电池的能量密度、循环寿命及安全性能直接影响了电动汽车的续航里程及使用寿命，因此对电动汽车的技术发展及市场推广有重要影响。
三元正极材料LiNixCOyMnzO2因具有较高比容量及压实密度，能量密度优势明显，被认为是新一代锂离子电池的主流正极材料，尤其是提高三元材料中的Ni含量能大大提升材料的比容量(当X＞0.6时，比容量可达到200mAh g-1)。因此，高镍三元正极材料是未来动力锂离子电池的发展方向。然而，随着Ni含量的增加，电池的容量快速衰减、热稳定性变差，高温胀气严重。现有的改进方法主要通过材料的改性掺杂、表面包覆和电解液组分设计。
在现阶段的高镍三元电解液中主要通过常规的磺酸酯类添加剂如1，3-丙烯磺酸内酯(PST)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)分解成膜改善其高温和循环性能，但是，该类添加剂成膜较厚，会导致阻抗增大，影响倍率性能，同时长循环性能改善效果有限。因此，开发一种高镍三元正极材料动力锂离子电池电解液是实现高镍三元材料在高能量密度动力锂离子电池应用的必要条件。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种可锂离子电池的循环寿命、安全性能及高温储存性能的锂离子电池电解液。
本发明的第二个目的在于提供一种锂离子电池。
本发明一种高镍三元正极材料体系的动力锂离子电池电解液，
以重量份计，包括锂盐20-25份、有机溶剂80-85份、氟化链状羧酸酯1-5份和电极稳定剂1-5份；
所述电极稳定剂的结构如下所示。
Figure BSA0000192280420000021
以重量份计，所述锂离子电池电解液还包括氟化链状羧酸酯1-5份。
所述氟化链状羧酸酯为氟代碳酸乙烯酯。
所述锂盐为选自LiPO2F2、LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2F)2、LiB(CN)4或LiODFB中的一种或几种。
以重量份计，所述锂离子电池电解液还包括负极成膜剂3-5份。
所述负极成膜剂为选自硫酸亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的一种或几种。
所述有机溶剂为选自碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯中的一种或几种。
本发明一种锂离子电池，所述的锂离子电池电解液。
相对于现有技术相比，本发明的有益效果如下：
腈类化合物中的腈基与过渡金属离子相互作用，可抑制材料表面与电解液副反应的发生，尤其在高电位或高温下，减少镍的催化作用；减少金属元素对负极层状结构的破坏。
所述电解液中的腈类化合物通过氧化分解，可于正极材料表面形成一层保护膜。形成的保护膜稳定性好，膜阻抗小，能保护的结构，提升电池循环性能和高温性能的同时保证电池的高功率特性。
在电解液中添加腈类物质，可以消除电解液中的痕量水和酸。
具体实施方案
实施例1
在手套箱内(H2O＜10ppm，O2＜10ppm)配制锂离子电解液：将碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC按质量比3∶5∶2充分混合均匀，然后加入氟代碳酸乙烯酯，并在低温环境中缓慢加入LiPO2F2，使其达到1M的浓度，加入电极稳定剂，得到实施例1的电解液。
电池制作：采用软包动力锂离子电池，正极材料为高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)，负极材料为人造石墨，电池容量为10Ah。将未注液的高镍三元动力锂离子电池电芯充分烘烤，去除电池体系内的水分，在手套箱内将实施例1的电解液注入电池内，预封后置于45℃搁置，化成及二封后进行电性能测试。
实施例2
在手套箱内(H2O＜10ppm，O2＜10ppm)配制锂离子电解液：将碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC按质量比3∶5∶2充分混合均匀，然后加入硫酸亚乙酯，并在低温环境中缓慢加入LiPO2F2，使其达到1M的浓度，加入电极稳定剂，得到实施例2的电解液。
电池的制备与实施例1相同。
实施例3
在手套箱内(H2O＜10ppm，O2＜10ppm)配制锂离子电解液：将碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC按质量比3∶5∶2充分混合均匀，然后加入碳酸亚乙烯酯，并在低温环境中缓慢加入LiPO2F2，使其达到1M的浓度，加入电极稳定剂，得到实施例3的电解液。
电池的制备与实施例1相同。
以上是本发明的较佳实施例的具体说明，但本发明并不限于所述实施例，某些变型或替换化合物均包含在本申请权利要求所限定的范围内。此外，本发明使用了某些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种高镍三元正极材料体系的动力锂离子电池电解液，其特征在于：
以重量份计，包括锂盐20-25份、有机溶剂80-85份、氟化链状羧酸酯1-5份和电极稳定剂1-5份；
所述电极稳定剂的结构如下所示：
Figure FSB0000200664370000011
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述氟化链状羧酸酯为氟代碳酸乙烯酯。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐为选自LiPO2F2、LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2F)2、LiB(CN)4或LiODFB中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：以重量份计，所述锂离子电池电解液还包括负极成膜剂3-5份。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述负极成膜剂为选自硫酸亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的一种或几种。
6.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为选自碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯中的一种或几种。
7.一种锂离子电池，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的锂离子电池电解液。
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