[發明專利]一種適配硅碳材料的鋰離子電池電解液及其應用

在審

• 申請號: 201810065192.2
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108288728A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 羅從衛;劉玲
• 申請（專利權）人: 廣東卡達克汽車科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種適配硅碳材料的鋰離子電池電解液及其應用。這種適配硅碳材料的鋰離子電池電解液，包括電解質鋰鹽、有機溶劑和功能添加劑，功能添加劑的結構式為同時也公開了這種電解液的制備方法，還公開了一種含有該適配硅碳材料鋰離子電池電解液的硅碳負極鋰離子電池。本發明使用含噻吩及硼酸雙功能官能團組成作為適配硅碳材料的電解液添加劑，由于該添加劑具有較高的還原電位，能夠在首次充放電過程中，優先于溶劑組分還原，改善硅碳材料與電解液的界面組成，從而穩定電極/電解液界面，抑制電極表面反應活性，同時避免電極在充放電過程中與電解液接觸，抑制了電解液組分分解。含有該添加劑的硅碳負極鋰離子電池具備更好的循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種適配硅碳材料的鋰離子電池電解液及其應用。

背景技術

從便攜式電子設備，新能源汽車，大型儲能設備，鋰離子電池已經廣泛應用于人們生活的方方面面。鋰離子電池廣泛采用過渡金屬鋰氧化物作為正極，石墨作為負極材料。然而，現有的體系鋰離子電池能量密度越來越難以滿足人們的使用需求，智能手機一日一充，電動汽車里程焦慮等等矛盾十分嚴峻，能量密度制約著鋰電池的發展。為了更好的滿足人們的使用需求，使用更高比容量的原材料無疑是最直接有效的解決辦法。硅碳材料正是在此基礎上發展而來，利用硅高比容量的優點，結合石墨的長循環穩定性，制得的硅碳負極材料兼具二者優勢，是下一代高能量密度鋰離子電池的負極最佳候選材料。

然而，高容量的硅碳材料在實際應用過程中，隨著鋰離子的嵌入，硅較大的體積膨脹破壞了電極/電解液界面穩定性，電池循環壽命較差。為了提高硅碳材料的循環穩定性，廣大研究者相繼開發了材料包覆，結構設計以及電解液添加劑等等解決措施，在種類繁多的解決方案中，電解液添加劑是最直接高效的解決方案之一。在電解液中添加劑合適的成膜添加劑能有效的保護材料，抑制電解液的分解從而延長電池的循環壽命。

發明內容

本發明的目的在于克服硅碳負極材料在循環的過程中電極/電解液界面性質不穩定，循環性能較差的問題，從而提供一種適配硅碳材料的鋰離子電池電解液及其應用，通過改善硅碳材料與電解液界面性質進而提高電池的循環性能。

本發明所采取的技術方案是：

一種適配硅碳材料的鋰離子電池電解液，包括電解質鋰鹽、有機溶劑和功能添加劑，所述的功能添加劑結構式如式(1)所示：

電解液中，電解質鋰鹽的濃度為0.8mol/L～1.2mol/L，功能添加劑的質量百分比為0.1％～5％。

電解質鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、氟代烷基磷酸鋰、氟代烷基磺酸鋰、磺酰亞胺類鋰鹽、硼酸鋰配合物、磷酸鋰配合物中的至少一種。

電解液中，有機溶劑為環狀碳酸酯溶劑和線型碳酸酯溶劑以質量比1：(3～0.5)組成的混合溶劑。

有機溶劑中，環狀碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯；線型碳酸酯溶劑為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、γ-丁內酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯中的至少一種。

電解液中，還包括占電解液質量百分比0～10％的輔助添加劑。

輔助添加劑為碳酸亞乙烯酯、1,3-丙磺酸內酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、1,4-丁磺酸內酯、三(三甲基)硅烷硼酸酯、硫酸乙烯酯、丙磺酸亞乙烯酯、硫酸丙烯酯、亞硫酸丙烯酯中的至少一種。

這種適配硅碳材料的鋰離子電池電解液的制備方法，包括以下步驟：

1)將環狀碳酸酯溶劑和線型碳酸酯溶劑混合，純化，得到有機溶劑；

2)在室溫條件下，將電解質鋰鹽、功能添加劑、輔助添加劑和步驟1)得到的有機溶劑混合攪拌，得到上述的適配硅碳材料的鋰離子電池電解液。