[發明專利]一種高溫不膨脹的高能量密度硅碳電池

有效

• 申請號: 201610576106.5
• 申請日: 2016-07-18
• 公開（公告）號: CN107634263B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 嚴紅;石先興;王慧敏
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/058
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明涉及電池技術領域，公開了一種高溫不膨脹的高能量密度硅碳電池，電解液溶劑包括：EC 20?30%，EMC 55?65%，DMC 5?15%，FEC 3?5%；添加劑包括甲烷二磺酸亞甲酯、三（三甲基）硅烷硼酸酯和碳酸亞乙烯酯；硅碳電池化成過程為：0.01C、0.02C、0.05C分別充電28?32min；0.1C充至3.37V后靜置4?6h，抽空排除氣體；0.1C充電至4.3V，放置三天后進行一次分容，一次分容先進行0.1C放電，再進行兩次0.5C充放電容量標定，4.3V充滿電；一次分容后對電池老化，再進行抽空，常溫擱置，再0.5C充放電進行二次分容。本發明能夠防止硅碳電池高溫產氣膨脹。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種高溫不膨脹的高能量密度硅碳電池。

背景技術

作為下一代高能量密度電芯首選的負極材料，硅碳負極材料具有比石墨更高的理論容量，同時相對于純硅負極，硅碳負極體積膨脹小，不易粉化，具有更好的循環性能。目前，硅碳負極已經作為高能量密度電芯的負極材料使用在動力電池中。硅碳電池在常溫下性能相對穩定，目前已通過采用合適的電解液可以解決常溫體積膨脹及脹氣的問題。但是在高溫環境中，硅碳電池容易發生產氣現象，造成電池體積增大，電池膨脹，嚴重影響到電池在高溫下的循環和存儲性能，限制了硅碳電池在大型動力電池中的大規模應用。

目前，常規的方法仍是單一地優化電解液添加劑，重點是負極成膜添加劑，形成致密穩定的SEI膜，以改善高溫產氣的問題.在電解液中加入一定量的抑制產氣添加劑能從一定程度上改善電池的高溫性能，但加入過多的添加劑，使得電池的SEI過厚，阻抗增大，不僅不能完全解決電池的高溫產氣，而且會影響電池的容量和使用壽命，也會從一定程度上提高電池的使用成本。

因此，需要從其他角度來解決上述問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高溫不膨脹的高能量密度硅碳電池。本發明針對硅碳電池高溫產氣的問題，從正極電解質界面膜、負極電解質界面膜以及電解液三個方面分析產氣的原因及機理，通過優化電解液添加劑，從根源上抑制產氣現象的發生，同時配合一次分容后的高溫老化工序，徹底解決了硅碳電芯的高溫產氣，體積膨脹的問題。

本發明的具體技術方案為：一種高溫不膨脹的高能量密度硅碳電池，所述電解液包括：電解質鋰鹽，溶劑和添加劑；所述溶劑按體積比包括：EC占20-30％，EMC占55-65％，DMC占5-15％，FEC占3-5％；所述添加劑包括甲烷二磺酸亞甲酯、三(三甲基)硅烷硼酸酯和碳酸亞乙烯酯。

所述硅碳電池的化成過程為：依次用0.01C、0.02C、0.05C的電流分別充電28-32min；接著以0.1C的電流充至3.37V后靜置4-6h，抽空排除氣體；然后以0.1C電流充電至4.3V，放置三天后進行一次分容，一次分容先進行0.1C放電，再進行兩次0.5C充放電容量標定，4.3V充滿電；一次分容后在將電池在75-85℃下老化5-24h，老化后再次進行抽空，常溫擱置15天，再以0.5C電流充放電進行二次分容。

在現有技術的硅碳電池的電解液中，絕大部分都添加了大量的(＞5wt％)FEC成膜添加劑，以形成可塑性很強的SEM膜，抑制硅在使用過程中的膨脹。但是，成膜過程中消耗掉的添加劑遠小于其加入量，其余的則作為溶劑使用，在高溫環境中，FEC由于自身的不穩定，極易發生分解，分解為VC和HF，HF酸對硅基電池具有極大的腐蝕作用，造成SEI膜高溫環境中分解，產生大量氣體；本發明通過對電解液整體配方的全面調整，在保證電池性能的基礎上，減少了FEC的使用量，可以有效的控制高溫情況下的產氣發生。