本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種非水電解液及包含其的鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、新能源汽車的持續(xù)繁榮，推動了整個鋰電行業(yè)的快速發(fā)展，雖然在儲能、二輪車等低端市場對鋰電的接納程度不高，然而鋰離子電池在動力板塊和3c數(shù)碼領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)出色，其獨特的性能和廣泛的應(yīng)用場景使其成為現(xiàn)代社會不可或缺的能源解決方案。

2、鋰離子電池在能量密度方面有著顯著的優(yōu)勢，這使得它在各種應(yīng)用中具有高效的能源儲存和利用能力。然而，隨著鋰礦資源的日益緊缺，對于像中國這樣鋰礦資源并不豐富的國家來說，如何將鋰的利用發(fā)揮到極致，是當(dāng)前市場中鋰電產(chǎn)業(yè)鏈面臨的關(guān)鍵問題。

3、而對于鋰電池性能的改善，需要從多個方面入手。第一：提高安全性能：電池的安全問題在新能源汽車行業(yè)中至關(guān)重要，安全性能是關(guān)系到鋰電池蓬勃發(fā)展的首要問題，電池的爆炸燃燒使得鋰電池的發(fā)展受到制約，而研發(fā)新型的電解質(zhì)材料和隔膜材料是提高電池安全性能的重要方向。第二：增加能量密度和功率密度：提高電池的能量密度和功率密度可以增加新能源汽車的續(xù)航里程和加速性能。這需要研發(fā)高能量密度和高功率密度的電極材料、電解質(zhì)材料和隔膜材料。同時，優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和設(shè)計也是關(guān)鍵。高鎳正極材料以及硅基負(fù)極是行業(yè)內(nèi)新的研究熱點，但是其穩(wěn)定性問題仍亟待解決。第三：提高循環(huán)性能：提高電池的循環(huán)性能可以延長電池的使用壽命，降低更換電池的頻率，從而降低使用成本。這需要研發(fā)具有高穩(wěn)定性和長壽命的電極材料、電解質(zhì)材料和隔膜材料。

4、高鎳三元正極材料中偏高的鎳含量會使正極極片的穩(wěn)定性變差，在循環(huán)與存儲的進程中，電極跟電解液的接觸界面不夠穩(wěn)定，引起電解液持續(xù)地分解。這會讓電池在循環(huán)和存儲的過程中生成大量的氣體，進一步觸發(fā)副反應(yīng)導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作；同時，氧化分解的副產(chǎn)物會使sei膜不斷變厚，增加了界面阻抗并且使得電池情況變糟。

5、因此，為了能夠抑制電解液分解產(chǎn)氣，降低電池阻抗，從而提高鋰離子電池的性能和可靠性，開發(fā)一款新型鋰離子電池電解液具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種非水電解液及包含其的鋰離子電池。該非水電解液能夠有效提升高鎳體系的循環(huán)性能和存儲性能，實現(xiàn)電芯高能量密度的目標(biāo)，適用于高鎳正極材料的鋰離子電池。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種非水電解液，所述非水電解液包括電解質(zhì)、非水有機溶劑和添加劑，所述添加劑包括添加劑a和添加劑b，所述添加劑a具有式一所表示的結(jié)構(gòu)，所述添加劑b具有式二所表示的結(jié)構(gòu)：

4、

5、其中，虛線代表存在原子間的相互作用。

6、本發(fā)明的非水電解液中同時含有添加劑a和添加劑b，二者發(fā)揮協(xié)同作用，不僅能夠減低鋰離子電池的循環(huán)阻抗，提高其循環(huán)壽命，而且能夠減少鋰離子電池存儲產(chǎn)氣，提高其高溫存儲性能，即，通過同時添加特定的添加劑a和添加劑b可以有效提升高鎳體系的循環(huán)性能和存儲性能，從而實現(xiàn)電芯高能量密度的目標(biāo)。

7、在本發(fā)明中，添加劑a中的含苯基膦基團的引入能夠與正極溶出的ni2+進行螯合，基團中的富電子的p原子能夠提供共用電子對，與缺電子形成穩(wěn)態(tài)的ni2+易形成電子配體，實現(xiàn)對鎳離子精準(zhǔn)捕獲，防止了有關(guān)于鎳的副反應(yīng)的生成，根據(jù)菲克第一定律，能夠延緩在循環(huán)過程中金屬離子(不局限于ni2+)的持續(xù)溶出，一定程度減少鋰鎳混排現(xiàn)象，同時參與正負(fù)極成膜，抑制電解液分解。添加劑b中的二氟磷基團能夠絡(luò)合正極材料中分解的金屬離子，減少對負(fù)極的破壞，有效降低界面阻抗；叔胺正離子可以誘導(dǎo)負(fù)極表面形成含li3n快離子傳輸?shù)膕ei，提升電池循環(huán)穩(wěn)定性；同時添加劑b中的類二氟磷酸鋰基團優(yōu)先于溶劑ec發(fā)生氧化反應(yīng)，可在石墨負(fù)極形成致密、穩(wěn)定的sei界面膜，且界面膜中l(wèi)ixpoyfz等無機組分增加，而有機碳酸酯組分降低，而對于正極/電解質(zhì)界面相(cei)，添加劑b能夠大幅增加界面lif的含量，抑制正極/電解液副反應(yīng)并降低界面阻抗并且在正極側(cè)形成了高含量的p-o物質(zhì)，亦可抑制及溶劑的副分解。而添加劑a能夠抑制正極材料的金屬離子溶出，添加劑b能夠降低電池的阻抗以及穩(wěn)定界面的sei與cei，二者協(xié)同作用能夠使得電池穩(wěn)定循環(huán)，容量衰減減弱。

8、優(yōu)選地，以所述非水電解液的質(zhì)量為100％計，所述電解質(zhì)的質(zhì)量百分含量為2-22％，例如可以為2％、4％、6％、8％、10％、13％、15％、18％、20％或22％等。

9、優(yōu)選地，所述電解質(zhì)為鋰鹽。

10、優(yōu)選地，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰。

11、優(yōu)選地，以所述非水電解液的質(zhì)量為100％計，所述非水有機溶劑的質(zhì)量百分含量為75-94％，例如可以為75％、78％、80％、82％、85％、88％、90％、92％、或94％等。

12、優(yōu)選地，所述非水有機溶劑包括碳酸酯類有機溶劑和/或羧酸酯類有機溶劑。

13、優(yōu)選地，所述碳酸酯類有機溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和/或鏈狀碳酸酯。

14、優(yōu)選地，所述環(huán)狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)或碳酸丁烯酯(bc)中的任意一種或至少兩種的組合。

15、優(yōu)選地，所述鏈狀碳酸酯包括碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二甲酯(dmc)或碳酸甲丙酯(mpc)中的任意一種或至少兩種的組合。

16、優(yōu)選地，所述羧酸酯類有機溶劑包括丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸乙酯、正丁酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙、丙酸甲酯或γ-丁內(nèi)酯中的任意一種或至少兩種的組合。

17、在本發(fā)明中，通過將環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯按照一定的比例進行復(fù)配作為非水有機溶劑，既有利于提高電解液整體的介電常數(shù)，又能夠保證得到的非水電解液在鋰離子電池極片表面粘度較小，潤濕性良好，確保鋰電池的良好運作，示例性地，本發(fā)明中選用的非水有機溶劑體系為ec:emc＝3:7(體積比)，此時，通過與特定的電解質(zhì)和添加劑進行復(fù)配，能夠使制備得到的鋰離子電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性能。

18、優(yōu)選地，以所述非水電解液的質(zhì)量為100％計，所述添加劑a的質(zhì)量百分含量為0.2-4％，例如可以為0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、2％、、3％或4％等，優(yōu)選為0.2-2％，進一步優(yōu)選為0.4-1.5％。

19、優(yōu)選地，以所述非水電解液的質(zhì)量為100％計，所述添加劑b的質(zhì)量百分含量為0.2-4％，例如可以為0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、2％、、3％或4％等，優(yōu)選為0.2-2％，進一步優(yōu)選為0.4-1.5％。

20、在本發(fā)明中，特定含量的添加劑b的加入，能夠與添加劑a進行很好的復(fù)配，二者發(fā)揮協(xié)同作用，能夠顯著降低鋰離子電池的循環(huán)阻抗、提升其高溫存儲性能。當(dāng)添加劑b的含量低于0.2％時，形成的界面膜不夠穩(wěn)定；當(dāng)其含量高于4％時，電池阻抗較大，影響電池性能；以所述非水電解液的質(zhì)量為100％計，添加劑b的含量為0.4-1.5％時，其制備得到的鋰離子電池的綜合性能較佳，使得鋰離子電池不僅具有良好的常溫容量保持率和較高的高溫容量保持率，從而降低了鋰離子電池的循環(huán)阻抗，進而增強電池的循環(huán)性能；而且還改善了電池的高溫存儲產(chǎn)氣情況，從而大大抑制鋰離子電池在存儲過程中的體積膨脹現(xiàn)象，進而提高其高溫存儲性能。

21、進一步地，在本發(fā)明中，添加劑a和b的質(zhì)量比為(0.5-2.5):1(例如可以為0.5:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.4:1、1.5:1、1.8:1、2:1或2.2:1等)，且當(dāng)二者質(zhì)量比為1:1時，二者協(xié)同作用達到最佳，其制備得到的鋰離子電池的具有優(yōu)異的常溫容量保持率、較高的高溫容量保持率和較低的高溫儲產(chǎn)氣體積膨脹率。

22、優(yōu)選地，所述添加劑還包括鋰鹽類添加劑。

23、優(yōu)選地，以所述非水電解液的質(zhì)量為100％計，所述鋰鹽類添加劑的質(zhì)量百分含量為0.2-3.0％，例如可以為0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、2％、或3％等。

24、優(yōu)選地，所述鋰鹽類添加劑包括二氟磺酸亞胺鋰(lifsi)、二氟草酸硼酸鋰(liodfb)、四氟硼硼酸鋰(libf4)、雙草酸硼酸鹽(libob)、二氟磷酸鋰(lipo2f2)或二氟雙草酸磷酸酸鋰(lidfop)中的任意一種或至少兩種的組合。

25、本發(fā)明中，鋰鹽添加劑的使用，可有效提升電池的容量保持率、循環(huán)壽命，并能有效拓寬鋰離子電池工作溫區(qū)；同時，鋰鹽添加劑還能夠優(yōu)先于形成無機lif，從而進一步降低界面阻抗。

26、優(yōu)選地，所述添加劑包括其他添加劑。

27、優(yōu)選地，以所述非水電解液的質(zhì)量為100％計，所述其他添加劑的質(zhì)量百分含量為0.5-11.6％，例如可以為0.8％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、5％、8％、10％或11％等。

28、優(yōu)選地，所述其他添加劑包括碳酸亞乙烯酯(vc)、1,3-丙烷磺酸內(nèi)脂(ps)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、硫酸乙烯亞乙酯(es)、硫酸乙烯酯(dtd)、甲烷二磺酸亞甲酯(mmds)、碳酸乙烯亞乙烯酯(vec)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(tmsp)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(tmsb)中的任意一種或至少兩種的組合。

29、第二方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括電芯和電解液，所述電芯包括正極、負(fù)極和隔膜，所述隔膜設(shè)置在所述正極和負(fù)極之間，所述電解液為第一方面所述的非水電解液。

30、優(yōu)選地，所述正極包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。

31、在本發(fā)明中，正極中的導(dǎo)電劑和粘接劑均為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇。

32、優(yōu)選地，所述負(fù)極極片包括負(fù)極活性物質(zhì)。

33、優(yōu)選地，所述隔膜的材料包括聚乙烯、聚丙烯或復(fù)合陶瓷膜中的任意一種或至少兩種的組合。

34、優(yōu)選地，所述正極活性物質(zhì)包括linixcoymnzl(1-x-y-z)o2和/或linix'l'y'mn(2-x'-y')o4；

35、其中，l為al、sr、mg、ti、ca、zr、zn、si或fe中任意一種或至少兩種的組合；

36、0.5≤x≤1，例如x可以為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等；0≤y＜1，例如y可以為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等；0≤z≤1，例如z可以為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等；0＜x+y+z≤1；0＜x'≤1，例如x'可以為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等；0.01≤y'≤0.2，例如y'可以為0.01、0.02、0.05、0.08、0.1、0.12、0.15、0.18或0.2等。

37、l'為co、al、sr、mg、ti、ca、zr、zn、si或fe中任意一種或至少兩種的組合。

38、優(yōu)選地，所述負(fù)極活性物質(zhì)包括天然石墨、人造石墨、軟碳、硬碳、中間相碳微球、石墨烯、石墨炔、金屬鋰、納米碳、碳納米管、單質(zhì)硅、硅氧化合物、硅/氧化銅復(fù)合物、ag復(fù)合物、硅合金、單質(zhì)錫、錫氧化合物、錫碳復(fù)合物、錫合金或鈦酸鋰中的任意一種或至少兩種的組合

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

40、(1)本發(fā)明提供的非水電解液包括特定結(jié)構(gòu)的添加劑a和添加劑b，通過二者的相互配合，發(fā)揮協(xié)同作用，不僅能夠降低鋰離子電池的循環(huán)阻抗，提高其循環(huán)壽命，而且能夠降低鋰離子電池的存儲產(chǎn)氣，提高其高溫存儲性能，能夠滿足高鎳高能量密度鋰離子電池的應(yīng)用需求；

41、(2)本發(fā)明提供的非水電解液制備得到的鋰離子電池具有良好的穩(wěn)定性和安全性，其在25℃、1c的測試條件下的容量保持率為89.2～96.2％，在45℃、1c的測試條件下的容量保持率為79.4～89.4％，在60攝氏度條件下的存儲28天后的體積膨脹率為5.5-8.5％。