CN107221706B - 一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用，它的化学结构通式为：
Figure 309567DEST_PATH_IMAGE002
（1）；式中，R1为H或甲基，R2和R3相互独立地为C1～C6烷基或烷氧基。通过采用特定结构的电解液添加剂，从而有利于在硅负极电极表面形成稳定的SEI膜，抑制SEI的持续生长，抑制在循环过程中由于硅负极体积效应引起的材料破裂和脱落引起的容量损失，提高长期循环性能和倍率性能。

Description

一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂的应用
技术领域
本发明属于锂离子电解液领域，涉及一种电解液添加剂，具体涉及一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用。
背景技术
锂离子电池已广泛应用于手机、数码相机和笔记本电脑等便携式电子设备，更有望成为近年来兴起的电动车和混合动力车的能源，具有重要的商业价值。目前商品化锂离子电池的正极材料以氧化物正极材料如LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4等为主；负极材料是石墨以及以石墨为前躯体的各种碳材料。虽然碳材料具有良好的可逆充放电性能，但是其理论容量低(372mAh/g)，高倍率充放电性能差；并且当电池过充电时，碳材料表面易形成锂枝晶，引起短路，产生安全隐患。
由于碳材料已经很难满足当今电子信息、能源技术飞速发展的需要，因此开发新型且可靠的高容量锂离子电池负极材料成为高性能锂离子电池发展的技术瓶颈。硅可作为锂离子电池的负极材料，并且以其高的质量比容量(4200mAh/g)和材料丰富、价格低廉等优点越来越受到重视。但是硅负极材料在嵌脱锂过程中产生巨大的体积变化，导致电极容量衰减快，循环性能差，难以商业化。纳米尺度的硅材料可望解决这一问题。近年来，许多硅纳米材料已被合成，并且有效地提高了硅基负极材料的电化学性能。
在电池充电化成过程中，会有电解液分解并在负极表面形成一层电子绝缘的固态电解质界面(SEI)膜。在电池的后续使用过程中，由于各种可能的因素，这层SEI膜会持续生长，导致负极导电性变差。其它方面的一些原因也会导致电池内阻变大。极化和电池内阻变大的结果，使电池的循环性能下降。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂，它的化学结构通式为：
Figure GDA0002115027380000011
式中，R1为H或甲基，R2和R3相互独立地为C1～C6烷基或烷氧基。
优化地，R1为H。
进一步地，R2和R3相互独立地为C1～C6烷基。
进一步地，R2和R3均为甲基。
本发明的又一目的在于提供一种上述用于硅锂离子电池的电解液添加剂的应用，将所述电解液添加剂加入电解液中即可，所述电解液添加剂在所述电解液中的体积百分比为1～20％，所述电解液包括锂盐和有机溶剂。
优化地，所述锂盐为LiPF6，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲基乙基酯(即碳酸甲乙酯)按体积比1:1:1组成的混合溶剂。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明用于硅锂离子电池的电解液添加剂，通过采用特定结构的电解液添加剂，从而与硅负极相适配而在其表面形成稳定的SEI膜，抑制SEI的持续生长，抑制在循环过程中由于硅负极体积效应引起的材料破裂和脱落引起的容量损失，提高长期循环性能和倍率性能。
附图说明
图1为实施例1、2和对比例1中制得的电池长期循环性能对比图；
图2为实施例1、2和对比例1中制得的电池倍率性能对比图；
图3为实施例1、2和对比例1中制得的电池倍率后阻抗测试对比图；
图4为实验例1中电极经倍率循环后的SEM图。
具体实施方式
下面将结合附图实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用，具体为：
(a)取高纯无水碳酸乙烯酯10ml、加入碳酸二乙酯10ml和碳酸甲乙酯10ml混合后，向其中加入0.3ml的N-N二甲基丙烯酰胺(DMAA)，混合均匀，溶入4.60g LiPF6作为支持电解质，在高纯氩气保护下搅拌均匀后，得到1M LiPF6/EC/DEC/EMC(1:1:1)+DMAA 1％的电解液体系，氩气气氛下封装保存；
(b)在惰性气体手套箱中，以锂片和硅负极作为对电极用上述的电解液组装成2032扣式电池，将组装的电池封口，静置10h。将静置好的电池在充放电测试仪上恒电流测试电化学性能，经测试后的电极SEM图如图4所示。硅负极是以平均粒径100nm纳米硅粉(深圳科晶智达)、乙炔黑和海藻酸钠按质量比70：15：15混合，水为分散剂充分搅拌涂膜，干燥后辊压，然后切片，并在120℃下真空干燥制得的。
实施例2
本实施例提供一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用，其制备过程与实施例1中的基本一致，不同的是N-N二甲基丙烯酰胺的添加量为0.75ml。
实施例3
本实施例提供一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用，其制备过程与实施例1中的基本一致，不同的是N-N二甲基丙烯酰胺的添加量为1.5ml。
实施例4
本实施例提供一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用，其制备过程与实施例1中的基本一致，不同的是N-N二甲基丙烯酰胺的添加量为3ml。
实施例5
本实施例提供一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用，其制备过程与实施例1中的基本一致，不同的是N-N二甲基丙烯酰胺的添加量为6ml。
对比例1
本实施例提供一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂及其应用，其制备过程与实施例1中的基本一致，不同的是未添加N-N二甲基丙烯酰胺。
将实施例1-5中制得的电解液添加剂组装成电池进行对比测试，其结果如表1所示，部分测试结果见图1至图3。
表1实施例1-5、对比例1中不同添加剂量电池电化学性能表
Figure GDA0002115027380000031
上述结果可以看出，在室温条件下(25℃)，与未添加DMAA的电池500循环后61.72％的容量保持率相比，添加量为1％和2.5％的容量保持率和倍率性能均有提高，说明DMAA可以显著提高硅负极材料在的长期循环性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于硅锂离子电池的电解液添加剂的应用，其特征在于：将电解液添加剂加入电解液中即可，所述电解液添加剂在所述电解液中的体积百分比为1～2.5％，所述电解液包括锂盐和有机溶剂，所述电解液添加剂为N-N二甲基丙烯酰胺。
2.根据权利要求1所述用于硅锂离子电池的电解液添加剂的应用，其特征在于：所述锂盐为LiPF6，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲基乙基酯按体积比1：1：1组成的混合溶剂。
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CN103441299A (zh) * 2013-07-25 2013-12-11 东莞新能源科技有限公司 锂离子电池凝胶电解质及其用单体以及其制备方法以及锂离子电池的制备方法
CN103872379A (zh) * 2014-03-21 2014-06-18 东莞新能源科技有限公司 锂离子电池凝胶电解液

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