本發(fā)明屬于鋰離子電池，具體涉及一種用于高鎳三元正極材料的鋰離子電池電解液及其應用。

背景技術：

1、鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電低、工作溫度寬等優(yōu)點，自從1991年面世以來，獲得長足發(fā)展，廣泛應用于移動便攜式設備、電動汽車、儲能系統等領域。為了進一步擴大鋰離子電池的應用，迫切需要更高能量密度、更長循環(huán)壽命且安全性更高的鋰離子電池。

2、高鎳三元（linixcoymnzo2，x+y+z=1，x≥0.8，ncm）正極材料具有高比容量（180-250mah/g），高電壓，低成本（鈷含量低）等優(yōu)點，是一種優(yōu)良的高能量密度正極材料，搭配高比容量硅負極，可將鋰離子電池的能量密度提升至300wh/kg，是發(fā)展下一代商用鋰離子電池的理想材料。

3、但是，高鎳三元正極材料存在循環(huán)壽命短、熱穩(wěn)定性差等缺點。矛盾的是，鎳的含量越高，能量密度越高，而循環(huán)壽命更短，熱穩(wěn)定性更差。通過離子摻雜、表面包覆等方法可以改善高鎳三元正極材料的循環(huán)性能和材料穩(wěn)定性，不過，存在操作復雜、成本較高的難題?？上驳氖?，電解液優(yōu)化已被業(yè)界證明是一種最簡單、最有效的方法。

4、由于ni4+不穩(wěn)定，容易被還原，高鎳三元正極材料會氧化分解電解液，同時，鎳的還原也會造成過渡金屬溶出，破壞電解液和正極材料的穩(wěn)定性。常規(guī)的碳酸酯電解液以碳酸乙烯酯、六氟磷酸鋰等為主要成分，碳酸乙烯酯抗氧化性能較差，在高鎳三元正極材料附近容易發(fā)生氧化分解。六氟磷酸鋰穩(wěn)定性較差，在微量水的催化下，容易分解產生氫氟酸，氫氟酸進一步攻擊界面膜，影響其穩(wěn)定性，造成電池循環(huán)性能下降。因此，穩(wěn)定界面膜在電解液的優(yōu)化中變得至關重要。電解液由溶劑、鋰鹽、添加劑組成，研究者通過引入新型添加劑穩(wěn)定界面膜。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種在鋰離子電池中鮮有報道的添加劑，并優(yōu)化鋰鹽、溶劑、添加劑的組成，通過在正負極表面形成低阻抗、高穩(wěn)定性cei、sei膜的作用機制，提高電池循環(huán)性能，延長鋰離子電池的使用壽命。

2、本發(fā)明另一目的在于將上述電解液應用于鋰離子電池中，提高鋰離子電池的循環(huán)壽命。

3、為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

4、一種用于高鎳三元正極材料的鋰離子電池電解液，包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑；所述添加劑包括(5-氰基吡啶-3-基)三氟硼酸鉀。

5、所述添加劑為(5-氰基吡啶-3-基)三氟硼酸鉀（kcpfb），其結構式如圖1所示，其添加量為鋰離子電池電解液總重量的0.5~10%，優(yōu)選的，添加量為鋰離子電池電解液總重量的3%。所述添加劑能夠在正負極表明形成低阻抗的cei、sei膜，從而提升循環(huán)穩(wěn)定性。

6、優(yōu)選的，所述添加劑在鋰離子電池電解液的質量分數包括0.5~10%。

7、優(yōu)選的，所述添加劑在鋰離子電池電解液的質量分數包括3%。

8、優(yōu)選的，包括如下質量份的原料：

9、所述有機溶劑75~90份

10、所述鋰鹽10~15份

11、所述添加劑0.5~10份。

12、一種高鎳三元正極材料鋰離子電池電解液，包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑。所述有機溶劑占鋰離子電池電解液總重量的75%~90%，所述鋰鹽占鋰離子電池電解液總重量的10~15%，所述添加劑占鋰離子電池電解液總重量的0.5%~10%。

13、優(yōu)選的，所述有機溶劑包括碳酸酯溶劑、羧酸酯溶劑中的一種或多種；所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、四氟硼酸鋰、二氟磷酸鋰中的一種或多種。

14、所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰（lipf6）、雙草酸硼酸鋰（libob）、二氟草酸硼酸鋰（liodfb）、四氟硼酸鋰（libf4）、二氟磷酸鋰（lipo2f2）中的1種或2種以上，鋰鹽所占鋰離子電池電解液總重量的10~15%。

15、優(yōu)選的，所述有機溶劑包括碳酸酯溶劑、羧酸酯溶劑按質量比20~80：5~20混合；所述碳酸酯溶劑包括環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯中的一種或多種；所述羧酸酯溶劑包括乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一種或多種。

16、在上述鋰離子電池電解液中，所述有機溶劑為碳酸酯、羧酸酯溶劑按照一定比例混合，其中碳酸酯溶劑占鋰離子電池電解液總重量的20~80%，羧酸酯溶劑占鋰離子電池電解液總重量的5~20%。所述碳酸酯溶劑包括環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯，其中環(huán)狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)中的至少一種；線狀碳酸酯包括碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)和碳酸二甲酯(dmc)中的至少一種。所述羧酸酯溶劑包括乙酸乙酯（ea）、丙酸乙酯（ep）、丙酸丙酯（pp）中的至少一種。

17、優(yōu)選的，所述環(huán)狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一種或多種；所述鏈狀碳酸酯包括碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯中的一種或多種。

18、一種上述用于高鎳三元正極材料的鋰離子電池電解液的應用，其特征在于，用于制備鋰離子電池。

19、一種上述應用獲得的鋰離子電池。

20、優(yōu)選的，包括所述鋰離子電池電解液、正極、負極、隔膜、殼體；所述正極包括ncm；所述負極包括石墨、硅碳、鋰金屬中的一種或多種；所述隔膜包括聚丙烯膜，聚丙烯涂氧化鋁陶瓷膜中的一種或多種；所述殼體包括鋼殼圓柱殼體、方型軟包殼體、鋼殼紐扣電池殼體中的一種或多種。

21、正極可以是ncm之類的高鎳三元正極材料，例如可以是linixcoymn1-x-yo2，高鎳即x≥0.8，0.01≤y≤0.1，配合本發(fā)明的電池電解液使用均能獲得優(yōu)異的效果。

22、本發(fā)明還提供一種包含上述鋰離子電池電解液的應用-鋰離子電池，由電解液、正極、負極、隔膜以及殼體組成。所述正極材料為linixcoymn1-x-yo2,，?x≥0.8，ncm；所述負極材料為石墨、硅碳、鋰金屬負極中的其中一種；所述隔膜為聚丙烯(pp)膜，聚丙烯(pp)涂氧化鋁陶瓷膜中的其中一種；所述外殼為鋼殼圓柱、方型軟包或者鋼殼紐扣電池中的一種。

23、與現有技術相比較，實施本發(fā)明，具有如下有益效果：

24、kcpfb作為一種新型添加劑，具有特殊的原子組成和化學結構，含有碳原子、氮原子、氟原子、硼原子、鉀原子，并且形成氰基、吡啶基、類硼酸等結構，通過特殊的連接方式形成了kcpfb的特殊結構和空間位阻。添加劑kcpfb可在負極表面形成難溶的無機成分，提高sei膜的穩(wěn)定性；添加劑kcpfb相比有機溶劑更容易在高鎳三元正極材料表面氧化，優(yōu)先形成cei膜，并且其空間位阻適宜，膜阻抗較低，穩(wěn)定性更高，防止過渡金屬溶出。

25、高溫環(huán)境下，電解液會加速分解，產生更多的hf，而kcpfb添加劑可有效消除hf，防止其進一步攻擊界面膜，破壞界面膜的穩(wěn)定性，故可提升其高溫性能。

26、本發(fā)明的鋰離子電池電解液能夠同時在正負極表面形成低阻抗的界面膜，提升界面穩(wěn)定性，將其應用于鋰離子電池中，能夠獲得更好的循環(huán)穩(wěn)定性和壽命，同時具有良好的高溫性能。