CN109830750A - 一种含硅的锂离子电池电解液和含硅的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含硅的锂离子电池电解液，包括有机溶剂、导电锂盐和添加剂。添加剂包括至少一种氟代碳酸酯化合物、至少一种酸酐化合物和至少一种腈类化合物。本发明属于锂离子电池技术领域，其优势在于通过氟代碳酸酯化合物的加入可以抑制电解液分解；酸酐化合物可以有效避免了硅的膨胀引起的界面膜破裂，同时，腈类化合物可以缓解了硅的膨胀。三者的协同作用，使得电池具有超高的循环稳定性和卓越的高温储存性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种含硅的锂离子电池电解液和含硅的锂离子电池。
背景技术
随着信息化时代的到来，储能的需求越来越大。锂离子电池基于其卓越的性能，在储能领域得到广泛的应用，例如：智能手机、平板电脑、蓝牙耳机等电子设备。但是，其在电子设备中的续航能力仍满足不了人们的需求。为了开发具有长续航能力的锂离子电池，使用高容量的负极材料具有突出优势。硅因其克容量较高，可达到4200mAh/g，受到研究人员的关注。但是，其膨胀率达到400%，制约了硅在商业化上的应用。
目前，改善硅的循环稳定性主要有以下两方面，第一，碳包覆；但是碳包覆仍然无法抑制硅膨胀引起的颗粒破碎问题。第二，电解液添加剂；目前较好的添加剂为FEC，但是FEC在高温下产气的问题是难以解决的。因此，为了提升含硅的锂离子电池的长循环寿命和抑制高温储存产气，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的是为了解决含硅的锂离子电池循环寿命短及高温产气的问题，提供一种含硅的锂离子电池电解液和含硅的锂离子电池，该电解液可以在含硅的负极上形成高强度的界面膜，以缓解硅的体积膨胀、抑制电解液分解，使得电池具有超高的循环稳定性和卓越的高温储存性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种含硅的锂离子电池电解液，包括有机溶剂、导电锂盐和添加剂，所述的添加剂由至少一种氟代碳酸酯化合物、至少一种酸酐化合物和至少一种腈类化合物组成。
一种含有上述的电解液的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，所述的电解液为含硅的锂离子电池电解液，所述的负极片中含有2%~20%的硅或硅的复合材料。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明的含硅的锂离子电池电解液，氟代碳酸酯化合物可以在含硅的负极表面形成良好的界面膜，其可以抑制电解液分解；酸酐化合物在含硅的负极表面形成弹性的界面膜，有效避免了硅的膨胀引起的界面膜破裂，同时，腈类化合物可以在含硅的负极表面形成高强度的界面膜，缓解了硅的膨胀。三者的协同作用，使得电池具有超高的循环稳定性和卓越的高温储存性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种含硅的锂离子电池电解液，包括有机溶剂、导电锂盐和添加剂，所述的添加剂由至少一种氟代碳酸酯化合物、至少一种酸酐化合物和至少一种腈类化合物组成。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的含硅的锂离子电池电解液，所述的氟代碳酸酯化合物为氟代碳酸乙烯酯（F1）、双氟代碳酸乙烯酯（F2）、氟代碳酸二乙酯（F3）或氟代碳酸甲乙酯（F4）中的一种或几种的混合物，其用量占含硅的锂离子电池电解液总质量的1%~10%。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的含硅的锂离子电池电解液，所述的酸酐化合物为丁二酸酐（S1）、戊二酸酐（S2）、2-甲基马来酸酐（S3）或柠康酸酐（S4）中的一种或几种的混合物，其用量占含硅的锂离子电池电解液总质量的0.1%~5%。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的含硅的锂离子电池电解液，所述的腈类化合物为丁二腈（N1）、己二腈（N2）、戊二腈（N3）、己烷三腈（N4）、甘油三腈（N5）或乙二醇双（丙腈）醚（N6）中的一种或几种的混合物，其用量占含硅的锂离子电池电解液总质量的0.1%~10%。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的含硅的锂离子电池电解液，所述的有机溶剂由环状溶剂和线型溶剂组成，其中，所述的环状溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、γ-丁内酯和γ-戊內酯中的一种或多种组合；所述的线型溶剂为碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、丙酸乙酯和1，1，2，3-四氟乙基-2，2，3，3-四氟丙基醚中的一种或多种组合，其互配总量为电解液总质量的50%~88.8%。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的含硅的锂离子电池电解液，所述的导电锂盐为六氟磷酸锂（Y1）、双氟磺酰亚胺锂（Y2）、二氟草酸硼酸锂（Y3）、双（三氟甲基磺酰）亚胺锂（Y4）和双草酸硼酸锂（Y5）中的一种或多种，其互配总量为电解液总质量的10%~25％。
具体实施方式七：一种含有具体实施方式一至六任一具体实施方式所述的电解液的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，所述的电解液为含硅的锂离子电池电解液，所述的负极片中含有2%~20%的硅或硅的复合材料。
一种含硅的锂离子电池电解液配方及负极中硅的含量实施例和对比例如下：
一种含硅的锂离子电池，正极片的活性物质为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，隔膜为聚乙烯。
实施例和对比例的应用实验：
45度循环测试：为了测量本发明锂离子电池的循环性能，进行以下操作：电池置于45度以2.75~4.35V 1 C倍率下充放电循环。
高温存储测试：为了测量本发明锂离子电池的高温储存性能，进行以下操作：将电池常温以1C倍率下充电到4.35V 后，置于60 ℃烘箱中存储30天。膨胀率计算方式为下式：膨胀率（%）=（T-T0）/T0×100%，其中，T为高温存储后的电池厚度，T0为高温存储前的电池厚度。
表1 实施例和对比例的高温循环性能和高温储存测试结果：
由表1可以看出，当氟代碳酸酯化合物、腈类化合物和酸酐化合物同时使用时，电池的循环稳定性和高温储存性能得到明显的改善，利用本发明提出的电解液组合得到的锂离子电池具有突出的优势，主要表现在改善电池的循环稳定性和提升电池高温储存性能。实施例1~6明显优于其对比例。因此应用本发明的非水电解液具有极高的循环性能和耐用性能，具有极高的市场价值和社会效益。
Claims (7)
1.一种含硅的锂离子电池电解液，包括有机溶剂、导电锂盐和添加剂，其特征在于：所述的添加剂由至少一种氟代碳酸酯化合物、至少一种酸酐化合物和至少一种腈类化合物组成。
2.根据权利要求1所述的含硅的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的氟代碳酸酯化合物为氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸二乙酯或氟代碳酸甲乙酯中的一种或几种的混合物，其用量占含硅的锂离子电池电解液总质量的1%~10%。
3.根据权利要求1所述的含硅的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的酸酐化合物为丁二酸酐、戊二酸酐、2-甲基马来酸酐或柠康酸酐中的一种或几种的混合物，其用量占含硅的锂离子电池电解液总质量的0.1%~5%。
4.根据权利要求1所述的含硅的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的腈类化合物为丁二腈、己二腈、戊二腈、己烷三腈、甘油三腈或乙二醇双（丙腈）醚中的一种或几种的混合物，其用量占含硅的锂离子电池电解液总质量的0.1%~10%。
5.根据权利要求1所述的含硅的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的有机溶剂由环状溶剂和线型溶剂组成，其中，所述的环状溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和γ-戊內酯中的一种或多种组合；所述的线型溶剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、丙酸乙酯和1，1，2，3-四氟乙基-2，2，3，3-四氟丙基醚中的一种或多种组合，其互配总量为电解液总质量的50%~88.8%。
6.根据权利要求1所述的含硅的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的导电锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、双（三氟甲基磺酰）亚胺锂和双草酸硼酸锂中的一种或多种，其互配总量为电解液总质量的10%~25％。
7.一种含有权利要求1~6任一权利要求所述的电解液的锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液，其特征在于：所述的电解液为含硅的锂离子电池电解液，所述的负极片中含有2%~20%的硅或硅的复合材料。
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