[發明專利]一種組合式電解液及含有該組合式電解液的高比能硅基鋰離子電池

有效

• 申請號: 201810216272.3
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108258315B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 梁大宇;包婷婷;高田慧;張健
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

本發明公開了一種組合式電解液及含有該組合式電解液的高比能硅基鋰離子電池，所述組合式電解液是由組分A、組分B和組分C組成，所述組分A為含有負極成膜添加劑的電解液，組分B為含有正極成膜添加劑的電解液，組分C為含有安全性添加劑的電解液；所述組分A、組分B和組分C是依次分別注入電池本體中的。本發明中的組合式電解液可以針對化成時正、負極材料的不同成膜特性以及使用過程中對電解液安全性進行不同的電解液添加劑組成設計，避免了正、負極成膜添加劑在成膜過程中的相互干擾，同時也避免了安全性添加劑對添加劑成膜過程和電化學性能的負面影響，從而使得高比能硅基電池在安全性改善的同時表現出更優異的容量和循環等電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種組合式電解液及含有該組合式電解液的高比能硅基鋰離子電池。

背景技術

隨著動力鋰離子電池的廣泛應用，對其能量密度、循環壽命和安全性能都提出了越來越高的要求，需要不斷發展新的高能量密度電池體系。三元正極材料以及硅基負極材料由于極高的克容量以及相互匹配后更高的工作電壓平臺，已經成為下一代新型高比能電池體系的最佳選擇。然而為了克服電極材料的結構不穩定性尤其是硅基負極膨脹問題，以及在電極表面形成更好的固態電解質界面，實現高比能硅基電池綜合性能提升，必須開發與之匹配的高比能硅基鋰離子電池電解液，該電解液通常含有正極成膜添加劑、負極成膜添加劑以及防過充、阻燃安全性添加劑等多種添加劑。但不同的添加劑之間除了存在協同作用之外，也可能存在相互干擾和制約，例如硫酸酯、磺酸酯類正極成膜添加劑雖然能夠有效抑制三元正極材料金屬離子溶出，但是同時在硅基負極表面成膜阻抗較高；磷酸酯類阻燃添加雖然可以有效減低電解液可燃性，從而降低了安全隱患，但同時對正、負極成膜反應產生負面影響，使得電池首效和循環性能降低。

目前為了實現高比能硅基鋰離子電池綜合性能的提升，避免不同電解液添加劑之間的相互干擾，一方面是大量篩選尋找具有高度反應選擇性的添加劑，另一方面是不斷優化不同電解液之間的組合方式和用量。但目前均沒取得成果。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提出一種組合式電解液及含有該組合式電解液的高比能硅基鋰離子電池。

與現有技術相比，本發明的技術方案是：

一種高比能硅基鋰離子電池的組合式電解液，所述組合式電解液是由組分A、組分B和組分C組成，所述組分A為含有負極成膜添加劑的電解液，組分B為含有正極成膜添加劑的電解液，組分C為含有安全性添加劑的電解液；所述組分A、組分B和組分C是依次分別注入電池本體中的。

進一步方案，所述組分A是在電池一次化成階段前注入，組分B是在電池二次化成階段前注入，組分C是在電池二次化成階段結束后注入的。

更進一步方案，所述一次化成和二次化成均是以0.02C倍率恒流充電至3.8V，再以0.02C放電至2.8V。

進一步方案，所述負極成膜添加劑為氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯脂、丁二酸酐中的至少一種；所述正極成膜添加劑為三甲基硅烷亞磷酸酯、三甲基硅烷磷酸酯、三甲基硅烷硼酸酯、己二腈、環丁砜中的至少一種；所述安全性添加劑為中聯苯、環己基苯、二茂鐵、三氟代甲基磷酸酯、六氟環三磷腈中的至少一種。

進一步方案，所述組分A、組分B和組分C中均含有等量的鋰鹽和溶劑，其中鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的至少一種組成；溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中至少兩種組成。

更進一步方案，所述組合式電解液中鋰鹽的質量分數為10-20％、溶劑的質量分數為70-85％。

本發明的另一個發明目的是提供一種含上述組合式電解液的高比能硅基鋰離子電池。