[發明專利]電解液及其制備方法、包含該電解液的高能量密度鋰離子電池及其制備方法

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• 申請號: 202010587198.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111769327A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 徐寧;郭華軍;李小兵;周丹;張志平;劉聰;王永湘
• 申請（專利權）人: 廣東博力威科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 魏星

本發明公開一種電解液及其制備方法、包含該電解液的高能量密度鋰離子電池及其制備方法，其中，電解液包括鋰鹽、非水性有機溶劑、負極成膜有機添加劑和修飾性添加劑，所述負極成膜有機添加劑為氟代碳酸乙烯酯、1,2?二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯中的任一種或至少兩種，所述修飾性添加劑為碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鋰中的任一種或至少兩種。本發明的電解液可在負極材料顆粒表面快速的形成一層致密、穩定、較薄同時具有良好機械性能的SEI膜；包含該電解液的高能量密度鋰離子電池在循環使用過程中能夠緩解硅基負極體積膨脹造成的鋰電池容量衰減、顆粒粉化等問題，具有良好的循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種電解液及其制備方法，以及包含該電解液的高能量密度鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為當前最重要的電化學儲能器件之一，其應用范圍已經從小容量電池在消費電子產品、電動工具上的應用，逐漸擴展到新能源電動汽車、電動船舶、電動兩輪車和機器人等新興領域，這些領域不僅要求鋰離子電池具有更大的容量，對其能量密度也不斷提出更高的要求。

硅基材料具有非常高的理論克容量，是目前電芯生產廠家制備高能量密度電芯常用的負極材料。但硅基材料在充放電過程中存在體積膨脹問題，硅基負極材料在脫/嵌鋰過程中，存在較大的體積形變使得顆粒出現裂紋致進一步發生顆粒粉碎，在不斷裸露的顆粒表面，固體電解質界面膜(SEI膜)不斷形成與生長，巨大的體積膨脹可能會破壞電極的導電網絡和粘接劑網絡，造成自身顆粒的粉化、活性物質從集流體脫落、電解液和活性鋰被大量消耗，最終導致電池容量的持續衰減，材料的庫倫效率降低，電池的阻抗增加和循環性能較差等問題。

電解液成分對SEI膜的性質有著非常大的影響，目前常用的電解液主要適用于碳基負極材料，并不適用于硅基負極材料。致密和穩定的SEI膜可以緩解硅基負極材料在循環過程中裂紋的產生和顆粒粉化，提高其電化學性能。因此，對硅基負極材料來說，需要開發新的電解液體系，能夠在材料顆粒表面快速的形成一層致密、穩定、較薄同時具有良好機械性能的SEI膜。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種電解液及其制備方法，該電解液可在負極材料顆粒表面快速的形成一層致密、穩定、較薄同時具有良好機械性能的SEI膜。

本發明的目的之二在于提供一種高能量密度鋰離子電池及其制備方法，該高能量密度鋰離子電池在循環使用過程中能夠緩解硅基負極體積膨脹造成的鋰電池容量衰減、顆粒粉化等問題。

為達上述目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，提供一種電解液，包括鋰鹽、非水性有機溶劑、負極成膜有機添加劑和修飾性添加劑，所述負極成膜有機添加劑為氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯中的任一種或至少兩種，所述修飾性添加劑為碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鋰中的任一種或至少兩種。

其中，負極成膜有機添加劑為氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯中的任一種或至少兩種，該負極成膜有機添加劑在硅基負極具有很好的成膜作用，具有較高的還原電位，能夠優于電解液成分在負極表面先被還原，有效阻止電解液成分在電極材料表面的副反應；減少了負極材料表面裂紋的產生，使材料表面更加光滑，增加了電極材料之間及電極材料和集流體之間的電接觸，降低了電荷轉移阻抗；形成了一層光滑致密均勻的薄層SEI膜，減少了鋰離子的擴散阻力，同時增加結構的穩定性，緩解了硅基負極材料在脫/嵌鋰過程中的體積形變，為電池的長循環性能和倍率性能提供保障。