[發明專利]一種硅碳負極用鋰離子電池電解液及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202011188408.8
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112467212B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 俞金萍;梁大宇;沈劍;趙坤
• 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
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 余婧

本發明公開了一種硅碳負極用鋰離子電池電解液及鋰離子電池，該電解液包括鋰鹽、成膜添加劑、非水有機溶劑、耐高溫添加劑，所述耐高溫添加劑包括亞磷酸三苯酯和N?琥珀酰亞胺基化合物。本發明的電解液可以保證硅碳負極材料鋰離子電池良好的循環穩定性、高溫存儲性能并抑制產氣。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種硅碳負極用鋰離子電池電解液及鋰離子電池。

背景技術

對于鋰離子電池的負極材料而言，最為常見的是碳材料，其理論比容量為372mAh/g，具有非常明顯的充放電平臺以及較高的可逆容量和充放電效率；后期出于對提高鋰離子電池比容量的需求，又開發出來硅負極材料，其理論比容量為3572mAh/g，具有比容量高、工作電壓低和儲量豐富等優點，但是硅在鋰脫嵌過程中存在晶相的轉變并伴隨著劇烈的體積變化(大于300％)，導致顆粒發生粉碎而使得循環穩定性較差。研究發現，硅的復合化，例如硅碳復合負極材料，能夠很好的解決上述問題，同時也可以充分利用其高容量的性質。對于硅碳負極材料，現有技術中與之匹配的鋰離子電池電解液，通過添加劑的使用改善硅碳負極的性能，使短期電池循環效果明顯，但是在經過長期高溫循環后，由于硅基負極材料體積的反復膨脹。循環劣化的主要原因是鋰離子可以經過SEI膜自由地嵌入和脫出，可能會發生龜裂，而暴露硅基負極材料活性位點，重復形成SEI膜，導致電池容量降低、阻抗增加，循環性能進一步惡化，同時電池的高溫工作環境也會加劇此惡化。

因此，開發與之相匹配的電解液是產業化發展的必然需求。對于硅碳負極材料電解液設計主要為解決硅碳材料因體積膨脹導致的電極粉化、電解液持續分解、電池壽命短等問題。通常采用氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯作為成膜添加劑在電極表面形成SEI膜，減少體積膨脹。但是，氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯在電場作用下易還原分解產生氣體，從而導致電池脹氣，影響電池壽命和安全性能。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種硅碳負極用鋰離子電池電解液及鋰離子電池，可以保證硅碳負極材料鋰離子電池良好的循環穩定性、高溫存儲性能并抑制產氣。

本發明提出的一種硅碳負極用鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、成膜添加劑、非水有機溶劑、耐高溫添加劑，所述耐高溫添加劑包括亞磷酸三苯酯和式（Ⅰ）所示的N-琥珀酰亞胺基化合物；

式（Ⅰ）

優選地，式（Ⅰ）中，R選自烷基、鹵代烷基、烯基、炔基、芳香基、中的至少一種。

優選地，所述N-琥珀酰亞胺基化合物為：

、、、、

中的至少一種。

優選地，所述N-琥珀酰亞胺基化合物的質量占鋰離子電池電解液總質量的0.02～3％；其中，N-琥珀酰亞胺基化合物含量過低，則對電解液的改善效果不明顯，N-琥珀酰亞胺基化合物含量過高，則成膜較厚，阻抗增加，對電池的循環帶來一定的負面影響。

優選地，所述亞磷酸三苯酯的質量占鋰離子電池電解液總質量的0.01～0.5％。

優選地，所述成膜添加劑的質量占鋰離子電池電解液總質量的1.2～15％。

優選地，所述成膜添加劑為碳酸亞乙烯酯、硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、碳酸苯乙烯酯、1，3-丙磺酸內酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯中的至少一種。

優選地，所述鋰鹽的質量占鋰離子電池電解液總質量的10～17％。

優選地，所述鋰鹽為雙草酸硼酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰、雙氟代磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰、二氟草酸磷酸鋰、四氟草酸磷酸鋰中的至少一種與六氟磷酸鋰的混合物。