CN109273765A - 一种电池电解液、制备方法及含有该电解液的硅负极电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池电解液、制备方法及含有该电解液的硅负极电池，电解液包括锂盐、有机溶剂，还包括功能添加剂，所述功能添加剂为氟代碳酸乙烯酯和4‑氯甲基‑1,3,2‑二氧硫杂环戊烷‑2‑氧化物。本发明在电解液中加入功能添加剂氟代碳酸乙烯酯和4‑氯甲基‑1,3,2‑二氧硫杂环戊烷‑2‑氧化物，通过电化学过程或化学过程在硅负极表面生成更薄且稳定的固体电解质相界面，两种添加剂组合使用，提高SEI膜的锂离子导电性，提高电池的循环性能和倍率性能，尤其是电池的低温性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池电解液技术领域，具体涉及一种电池电解液、制备方法及含有该电解液的硅负极电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、自放电小、工作电压范围宽、无记忆效应、使用寿命长、无环境污染等优点，已广泛应用电子产品和电动汽车以及储能领域，目前负极材料的应用主要以传统石墨材料为主，但石墨比容量已接近372mAh/g的理论值，难有提升的空间，从而限制了锂离子电池的能量密度，导致其难以满足日益增长的能量密度需求。
目前新型硅负极材料已经逐渐应用于电池中提高电池能量密度。但硅负极在电池循环过程中体积膨胀严重，导致负极表面的SEI膜不断破裂重组，造成电池容量衰减迅速，电解液消耗严重。
目前硅负极主要的研究方向是开发新型功能电解液添加剂，形成稳定的SEI膜，提高电池的循环性能。现在常用的电解液添加剂为FEC，效果有待继续改善，并且FEC添加剂形成的SEI膜很厚，不利于锂离子的传导，电池的低温性能差。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种电池电解液、制备方法及含有该电解液的硅负极电池。
本发明的技术方案如下所述：
本发明的第一个发明目的是提供一种电池电解液，其包括锂盐、有机溶剂，还包括功能添加剂，所述功能添加剂为氟代碳酸乙烯酯和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物。其中4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物分子式为C3H5O3SCl。
进一步方案，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiBC2O4F2、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2 中的至少一种。
进一步方案，所述有机溶剂选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
优选的，所述碳酸酯类有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙基甲基碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。
所述醚类有机溶剂选自二氧五环、二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚中的至少一种。
进一步方案，所述电池电解液中4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物的体积百分比为0.5-3%、氟代碳酸乙烯酯的体积百分比为1-5%。
本发明的第二个发明目的是提供一种电池电解液的制备方法，先将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀得初混液，再在初混液中加入氟代碳酸乙烯酯（FEC）和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物后搅拌均匀，即得到电池电解液。
进一步方案，所述初混液中锂盐的浓度为0.5-5mol/L；所述电池电解液中4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物的体积百分比为0.5-3%、氟代碳酸乙烯酯的体积百分比为1-5%。
进一步方案，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiBC2O4F2、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2 中的至少一种；所述有机溶剂选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
本发明的第三个发明目的是提供一种含上述电池电解液的硅负极电池。
本发明将由锂盐、有机溶剂、氟代碳酸乙烯酯和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物构成的电解液作为硅负极电池的电解液，该电解液能在硅负极表面形成更薄且稳定的SEI膜，提高SEI膜的锂离子导电性，提高电池的循环性能和倍率性能，尤其是电池的低温性能。
与现有技术相比，本发明在电解液中加入功能添加剂氟代碳酸乙烯酯和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物，氟代碳酸乙烯酯（FEC）在电解液中起到消除极化的作用，也能在负极表面形成SEI膜；4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物通过电化学过程或化学过程在硅负极表面形成更薄且稳定的SEI膜，两种添加剂组合使用，提高SEI膜的锂离子导电性，提高电池的循环性能和倍率性能，尤其是电池的低温性能。
附图说明
图1是试验组和对照组电池的常温循环曲线图，
图2是试验组和对照组电池的低温循环曲线图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种硅负极电池功能电解液，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为FEC和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物。
所述硅负极电池功能电解液的制备方法为：将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液。
实施例2
将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液；
其中，功能添加剂为FEC和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物；FEC与功能添加剂占功能电解液的体积百分比分别2%和3%。
所述锂盐为LiN( CF3SO2 )2；锂盐在初混电解液中的浓度为1mol/L；
所述有机溶剂为碳酸乙烯酯与乙二醇二甲醚的混合液，且两者的体积比为1：1。
实施例3
将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液；
其中，功能添加剂为FEC和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物；FEC与功能添加剂占功能电解液的体积百分比分别1%和2%。
所述锂盐为LiN( FSO2 )2 和LiN( CF3SO2 )2 的混合物，且两者的摩尔比为1：1；所述锂盐在初混电解液中的浓度为0.5mol/L；
所述有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯与乙二醇二乙醚的混合液，且三者的体积比为1：1。
实施例4
将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液；
其中，功能添加剂为FEC和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物；FEC与功能添加剂占功能电解液的体积百分比分别5%和0.5%。
所述锂盐为LiBC2O4F2；所述锂盐在初混电解液中的浓度为5mol/L；
所述有机溶剂为碳酸乙烯酯与乙基甲基碳酸酯的混合液，且两者的体积比为1：1。
实施例5
制备试验组SiOx/NCM622硅负极电池和对照组SiOx/NCM622硅负极电池，其负极用SiOx和石墨的复合材料，克容量为600 mAh/g，正极为三元NCM622，制备7Ah软包电池， 分别采用实施例2得到的功能电解液和常规电解液（LiPF6 1mol/L，EC/DMC/FEC为1:1:0.1）组装成试验组和对照组硅负极电池，进行测试对比。
两组电池所有的测试条件一致，对电池进行电化学性能测试，25℃常温循环和-10℃低温循环测试结果如图1和图2；由图1可知，本发明的功能电解液能够提高电池的循环性能；由图2可知，本发明的功能电解液能够显著改善电池的低温循环。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池电解液，其包括锂盐、有机溶剂，其特征在于：还包括功能添加剂，所述功能添加剂为氟代碳酸乙烯酯和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种电池电解液，其特征在于：所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiBC2O4F2、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2 中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种电池电解液，其特征在于：所述碳酸酯类有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙基甲基碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种电池电解液，其特征在于：所述醚类有机溶剂选自二氧五环、二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种电池电解液，其特征在于：所述电池电解液中4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物的体积百分比为0.5-5%、氟代碳酸乙烯酯的体积百分比为1-5%。
7.一种电池电解液的制备方法，其特征在于：先将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀得初混液，再在初混液中加入氟代碳酸乙烯酯（FEC）和4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物后搅拌均匀，即得到电池电解液。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述初混液中锂盐的浓度为0.5-5mol/L；所述电池电解液中4-氯甲基-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物的体积百分比为0.5-3%、氟代碳酸乙烯酯的体积百分比为1-5%。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiBC2O4F2、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2 中的至少一种；所述有机溶剂选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
10.一种含权利要求1-5任一项所述的电池电解液的硅负极电池。
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