[發(fā)明專利]一種匹配硅碳負極鋰離子電池電解液及硅碳負極鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510945346.3
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105406121B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 朱學全;周文超;郭明
• 申請（專利權）人: 東莞市杉杉電池材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/42;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司 44215
• 代理人: 劉克寬

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種匹配硅碳負極鋰離子電池電解液及硅碳負極鋰離子電池，其中鋰離子電池電解液由非水性有機溶劑、鋰鹽及添加劑組成，添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯和具有M型結構的硼酸酯化合物。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過以上三種添加劑的聯(lián)合使用所產生的協(xié)同效應，在電極表面所形成的SEI膜更加穩(wěn)定、致密，提高了硅碳負極表面物理和化學結構穩(wěn)定性，從而使得電池具有較好的循環(huán)性能和高溫儲存性能，同時抑制電池產氣。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種匹配硅碳負極鋰離子電池電解液及硅碳負極鋰離子電池。

背景技術

隨著數(shù)碼產品種類和數(shù)量迅速增多，新能源汽車在未來幾年中呈放量式的增長，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，動力電池要求到2020年能量密度達300Wh/Kg，開發(fā)具有高能量密度的電池體系勢在必行。負極材料的能量密度對電池體系的制約尤為明顯，常用石墨負極理論克容量為372mAh/g，工業(yè)中開發(fā)出的產品已接近這一理論值。硅負極其理論克容量可達4200mAh/g，可能成為下一代負極材料，但該材料導電性和循環(huán)性能均較差，充放電過程中容易粉化，并且伴隨著巨大的體積膨脹效應(300％以上)。

為解決上述問題，對硅負極材料的改進主要有以下幾條路徑：a)將硅材料納米化，制成硅納米顆粒、硅納米線/管、納米薄膜等一維和多位結構，例如以韓國三星SDI為代表的采用化學氣相沉積定向生長具有一定孔隙率的非晶硅薄膜，其克比容量可達3000mAh/g左右；b)以日本信越化學、松下為代表的側重于采用硅氧化物與摻雜硅和碳材料為一體的制備硅負極材料，其可比容量可達1000mAh/g以上；c)以中國上海杉杉、貝特瑞為代表的采用納米硅與碳材料復合技術制備硅碳負極材料，其克比容量可達500mAh/g以上。上述三種技術路線最有可能首先工業(yè)化的是納米硅和碳材料復合技術路線，開發(fā)與之相匹配的電解液體系是其產業(yè)化發(fā)展的必然。

目前對于硅碳負極材料電解液的開發(fā)主要集中在解決電池循環(huán)穩(wěn)定性以及電池充放電過程體積膨脹方面，適用于石墨負極材料的FEC、VC成膜添加劑對硅碳負極的電性能有一定作用。中國發(fā)明專利申請(公開號103594730A)中指出含聚醚鏈的有機硅異氰酸化合物能提高硅負極電池充放電性能，減少副反應的發(fā)生，從而減少氣體的產生，提高電池循環(huán)壽命；Hang-B，LEE-JN等研究了SA、TPFPB添加劑對電池循環(huán)性能的影響，發(fā)現(xiàn)此類添加劑對電池的循環(huán)性能有一定幫助，另外Sugimoto T，Dalavi S，研究發(fā)現(xiàn)鋰鹽LiBOB、DFOB對硅負極電池循環(huán)性能的改善有一定提升。

上述文獻中對硅負極的電解液的研究主要以半電池為考察對象，上述專利中添加劑的使用雖然對硅負極電池電性能的改善具有一定作用，但改善后的電池性能仍然較差，尤其是電池的長壽命循環(huán)性能較差、體積膨脹明顯和內阻變化大，并且電池在高溫儲存條件下容易產氣。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的之一在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種電池循環(huán)性能好、改善電池的高溫儲存性能并抑制產氣，而且能夠抑制電池在充放電過程中發(fā)生較大的體積膨脹和內阻變化的一種匹配硅碳負極鋰離子電池電解液。

本發(fā)明的目的之二在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種電池循環(huán)性能好、改善電池的高溫儲存性能并抑制產氣，而且能夠抑制電池在充放電過程中發(fā)生較大的體積膨脹和內阻變化的硅碳負極鋰離子電池。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

提供一種匹配硅碳負極鋰離子電池電解液，由非水性有機溶劑、鋰鹽及添加劑組成，所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯和具有M型結構的硼酸酯化合物。

優(yōu)選的，所述添加劑中，所述氟代碳酸乙烯酯的添加量占鋰離子電池電解液總質量的0.1％～30％，所述亞硫酸乙烯酯的添加量占鋰離子電池電解液總質量的0.1％～5％，所述具有M型結構的硼酸酯化合物的添加量占鋰離子電池電解液總質量的0.1％～5％。