[發明專利]一種用于改善鋰離子電池負極材料循環性能的電解液

在審

• 申請號: 201510724159.2
• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN105206875A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 馬玉林;高云智;左朋建;杜春雨;程新群;尹鴿平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種改善碳負極、石墨負極、硅基負極及錫基負極循環性能的電解液。

背景技術

隨著人類社會的發展，石油、天然氣等傳統化石能源不斷枯竭，人們對環保問題也越來越重視，開發綠色環保的新型能源和發展新型高效的儲能技術迫在眉睫。鋰離子電池有體積小、能量密度高、工作電壓高、循環壽命長、環境友好、無記憶效應和自放電小等優點，因此廣泛應用于便攜式電子設備如手機、數碼相機、筆記本電腦中。隨著科技的進步，鋰離子電池的應用領域日益擴大，新型動力能源、儲能、國防軍事等均有應用，同時對鋰離子電池的要求也越來越高。

鋰離子電池充放電過程中負極表界面的穩定性對電極循環性能以及電池循環性能至關重要。電極在長期循環過程中會存在固體電解質界面膜不斷增厚、電極材料破裂、電極表面析鋰等一系列問題，尤其是電極表面膜中無機鹽成分不斷增加對電極界面的鋰離子傳輸起到阻礙作用，導致電池電阻增大、循環性能下降、倍率性能下降，最終導致電池壽命縮短。

針對這些問題，研究者們采用一系列方法對材料表界面進行改性，通過改善電極表面膜的組成、結構、致密性和穩定性等，延緩電極表面膜的溶解破壞，提高負極材料的循環性能。目前，對電極表面膜的改性主要是通過對負極和電解液改性實現的，其中，對負極的改性包覆、機械研磨、表面成膜等方法工藝復雜，重復性低，成本較高。采用合適的添加劑改善電解液的組分操作簡單且作用明顯，是目前廣泛使用的改善方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于改善鋰離子電池負極材料循環性能的電解液，通過改善負極表面膜來提高其電化學性能，有效抑制其容量的衰減。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于改善鋰離子電池負極材料循環性能的電解液，由有機溶劑、鋰鹽和添加劑組成，其中：所述添加劑在電解液中的含量為0.1~5.0wt%；所述有機溶劑由環狀碳酸酯和線性碳酸酯組成，環狀碳酸酯與線性碳酸酯在電解液中的質量比為1~5：3~7；所述鋰鹽的濃度為0.5~2.5mol/L。

本發明中，所述添加劑為三（2，2，2-三氟乙基）硼酸酯（TTFEB）。TTFEB可優先與有機溶劑在負極表面還原分解，有助于形成完整、致密的SEI膜，提高SEI膜的穩定性，有效阻隔材料與電解液的接觸，抑制有機溶劑的進一步還原分解。同時，TTFEB是一種硼基陰離子受體，硼基陰離子受體對F^-、O^2-、O₂^2-等陰離子有較好的識別作用，硼原子以sp²雜化形成的共價分子，余下的一個空軌道可以作為路易斯酸中心接受外來的孤對電子，形成以sp3雜化的四面體構型的配合物，因而TTFEB可以與F^-、O^2-、O₂^2-等陰離子結合，從而促進SEI膜中惰性組分LiF、Li₂O、Li₂O₂等無機鹽的溶解，改善SEI膜的組成，有效減小SEI膜的阻抗，利于鋰離子的遷移，并減小鋰離子的消耗，提升電解液的電導率，提高負極材料的循環性能。

本發明中，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰（LiPF₆）、四氟硼酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙（氟磺酰）亞胺鋰中至少一種。作為優選，鋰鹽選擇六氟磷酸鋰（LiPF₆），LiPF₆電導率高，制備工藝成熟，是目前使用最為廣泛的鋰鹽。

本發明中，所述環狀碳酸酯為碳酸乙烯酯（EC）或氟代碳酸乙烯酯中的一種或兩種，線性碳酸酯為碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲基乙基酯（EMC）中至少一種或幾種。

本發明中，所述負極材料為石墨、碳、硅基材料、錫基材料的一種或幾種。

本發明的有益效果在于：加入的電解液添加劑三（2，2，2-三氟乙基）硼酸酯有助于在負極表面形成穩定的SEI膜，阻止溶劑分子的共嵌入，抑制負極與電解液的進一步反應。同時，TTFEB的加入可以改善SEI膜的組成，促進惰性組分LiF、Li₂O、Li₂O₂等，降低膜阻抗，減小極化，減小鋰離子的消耗。由于TTFEB對負極SEI膜的改善作用，這種含TTFEB的電解液可以有效提高負極材料的循環性能、充放電效率和倍率性能。

附圖說明

圖1為分別采用實施例1和對比例電解液的電池的循環性能比較；