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目前,锂离子电池多使用碳酸酯基的有机电解液,这类传统的碳酸酯基电解液无法在高压下安全使用,因为高电压下电解液会发生氧化分解,并伴随有气体的产生,对锂离子电池的循环性能及使用寿命有较大的影响,因此,极大地限制了动力电池的发展。基于此现状,为了改善锂离子电池在高工作电压时的性能,本文从功能型添加剂的角度,研究了三种添加剂对高能量密度三元锂电池性能的影响。主要研究结果如下:(1)双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)作为电解液添加剂,可以拓宽LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨电池工作温度范围并且改善LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料在高工作电压时的电化学性能。线性扫描伏安法(LSV)结果表明LiFSI可以拓宽电解液的电化学窗口。通过充放电循环试验发现加入5wt%LiFSI使常温高压循环120次容量保持率达到85.15%,高温高压循环100次容量保持率达到80.0%,容量保持率都远高于标准电解液组。通过电化学阻抗谱(EIS)发现加入LiFSI使阻抗降低。结合扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析,证实了 LiFSI在电极表面形成更加稳定均匀的界面膜,同时有效地抑制了高压循环时电解液的分解和电极结构的破坏,从而提高了电化学性能。(2)丁二腈(SN)作为功能型添加剂,用于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨锂离子电池中可以拓宽电解液的氧化电化学窗口从而明显提高其倍率性能和高电压下循环性能。线性扫描伏安法(LSV)表明,具有SN的碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯(EC/EMC)基电解液具有较高氧化电位(>6.1 V vs.Li/Li+)。电解液中加入0.5 wt%的SN,在2.75 V和4.40 V之间循环120次的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨全电池的容量保持率从67.96%显著提高到84.0%,说明含0.5 wt%SN基电解质的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)电池在高截止电压下具有更好的可循环性和容量保持性。此外,全电池的EIS、SEM和XPS用于表征SN对电池的影响。证明了 SN参与电极与电解液之间的界面反应形成稳定的固体电解质界面(SEI)层,从而有效地抑制电荷转移电阻的增加并且减少了过渡金属离子的溶出。这些结果表明,SN可作为高压锂离子电池的功能型添加剂。(3)具有功能性腈基(-CN)基团的己二腈(ADN)作为成膜添加剂。LSV测试表明,具有ADN的EC/EMC基电解液具有较高氧化电位(>6.2V vs.Li/Li+)。含有 0.5 wt%ADN 的 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨全电池显示出显著的高压(4.4 V)循环性能,容量保持率为85.2%,而120次高压循环后的空白电解质为67.96%。这归因于SEI膜的保护作用,防止电解质的进一步分解和过渡金属离子的溶解,从而稳定电极/电解液界面。SEM和XPS的结果还表明,在含有ADN的正极上锂化合物和副反应较少。本文研究表明LiFSI、SN和ADN分别作为电解液添加剂应用于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨全电池中能显著提高电池的高压性能,并且有效拓宽了电池的工作温度范围。该研究为高电压锂离子电池的性能提高提供了有效且经济的解决办法,同时为新型高电压电解液体系的构成提供了数据参考。