CN110416606B - 一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液，其包括：有机溶剂、溶于有机溶剂的锂盐，所述的电解液中加入有含硅添加剂，该含硅添加剂的分子式为以下任意一种或者组合：分子式一：(CH2＝CH)4‑Si；分子式二：(CH2＝CH)4R‑Si；分子式三：(CH2＝CH)4R‑Si‑O‑SiR(CH2＝CH)4；其中，上述分子式中的R为CH2，碳链原子数在5以内。本发明主要是在电解液中加入了新的添加剂：含硅添加剂。同现有的添加剂相比，本发明采用的含硅添加剂能够单独使用，且在硅碳比例5％以上也有表现出很好的循环性能，尤其是在软包电池的500周次循环中，电池厚度能够控制在3％以内。

Description

一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液
技术领域：
本发明涉及锂离子电池的电解液技术领域，尤其涉及一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液。
背景技术：
使用硅碳材料做为锂离子电池负极，与采用石墨类372作为锂离子电池负极的锂离子电池相比，其理论克容量高出很多。但是由于硅碳材料在充放电过程中的膨胀收缩，会导致电池内部结构发生变化，表现出来电池内部产气量加大。
在硅碳负极相对应的锂离子电池电解液开发中，研究者采用高浓度的氟代碳酸乙烯酯FEC添加剂、锂盐添加剂(LiFSI/LiTFSI等)、以及含有不饱和键化学物，例如1,3,6-己烷三腈(HTCN)，1-丙烯基-1、3-磺酸内酯(PST)。但是上述添加剂在电解液使用中，依然无法解决硅碳电池循环过程中的产气问题，尤其是随着硅碳材料中硅比例提升。
为了克服上述问题，本发明人经过不断的测试，提出以下技术方案，以克服上述问题。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题就是克服现有技术的不足，提供一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液，包括：有机溶剂、溶于有机溶剂的锂盐，所述的电解液中加入有含硅添加剂，该含硅添加剂的分子式为以下任意一种或者组合：分子式一：(CH2＝CH)4-Si；分子式二：(CH2＝CH)4R-Si；分子式三：(CH2＝CH)4R-Si-O-SiR(CH2＝CH)4；其中，上述分子式中的R为CH2，碳链原子数在5以内。
进一步而言，上述技术方案中，所述的含硅添加剂在电解液中的重量百分比为：0.2％～5％。
进一步而言，上述技术方案中，所述的含硅添加剂为：四乙烯硅、1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷中的任意一种或者组合。
进一步而言，上述技术方案中，所述的电解液中还添加有以下材料中的任意一种或组合：碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯。
进一步而言，上述技术方案中，所述的有机溶剂为：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙烯酯等中的任意一种或两种及两种以上任意比列的组合。
进一步而言，上述技术方案中，所述的锂盐为：六氟磷酸锂，其在电解液中的浓度为0.8～1.5mo1/L。
本发明主要是在电解液中加入了新的添加剂：含硅添加剂。同现有的添加剂相比，本发明采用的含硅添加剂能够单独使用，且在硅碳比例5％以上也有表现出很好的循环性能，尤其是在软包电池的500周次循环中，电池厚度能够控制在3％以内。
具体实施方式：
本发明所述的锂离子电池的电解液包括：有机溶剂、溶于有机溶剂中的锂盐、含硅添加剂，以及其他补充添加剂。
本发明中，所述的有机溶剂可以选择常规的有机溶剂，包括：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙烯酯等中的任意一种或两种及两种以上任意比列的组合。
本发明实施例中优选：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)的组合。所述的有机溶剂中各材料之间的重量比为：EC/EMC/DEC/PC＝25/20/55/5。
所述的锂盐为：六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂等。优选六氟磷酸锂，其在电解液中的浓度为0.8～1.5mo1/L。
所述的含硅添加剂的分子式为以下任意一种或者组合：
分子式一：(CH2＝CH)4-Si；
分子式二：(CH2＝CH)4R-Si；
分子式三：(CH2＝CH)4R-Si-O-SiR(CH2＝CH)4；
其中，上述分子式中的R为CH2，碳链原子数在5以内。
上述含硅添加剂中两个典型材料为：四乙烯硅(TVS)、1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷(DOTVS)。
所述的含硅添加剂在电解液中的重量百分比为：0.2％～5％。
另外，所述的电解液中还添加有以下材料中的任意一种或组合：碳酸亚乙烯酯(VS)、亚硫酸丙烯酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
下面结合具体实施例例对发明进行进一步的说明：
正极：钴酸锂；
负极：掺混10％硅碳材料；
对比例1
锂盐采用：LiPF6，有机溶剂采用：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)的组合。所述的有机溶剂中各材料之间的重量比为：EC/EMC/DEC/PC＝25/20/55/5。将锂盐溶于有机溶剂中，其中LiPF6浓度为1.0mol/L。加入总质量的1％的碳酸亚乙烯酯(VC)，加入总质量的5％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)，得到对比电解液。
测试对比例电解液的常规指标，合格后按照电池测试工艺要求得到锂离子电池。
对比例2
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是对比例2中加入总质量的10％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
对比例3
按照对比例2的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是对比例3在此基础上加入了占电解液总质量2％的碳酸丙烯酯(PC。
实施例1
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量1％的四乙烯硅(TVS)。
实施例2
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量3％的四乙烯硅(TVS)。
实施例3
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量5％的四乙烯硅(TVS)。
实施例4
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量1％的1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷(DOTVS)。
实施例5
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量3％的1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷(DOTVS)。
实施例6
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量5％的1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷(DOTVS)。
实施例7
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量2％的1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷(DOTVS)、2％的四乙烯硅(TVS)。
实施例8
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量1％的1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷(DOTVS)、3％的四乙烯硅(TVS)。
实施例9
按照对比例1的相同的方法制备电解液及对电池进行测试，不同的是在此基础上加入占电解液总质量1％的1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷(DOTVS)、1％的四乙烯硅(TVS)。
将上述对比例、实施例制备的电池进行充放电500周次测试，数据如下表：
Figure BDA0002077886330000061
由上表中数据可以看出，通过本发明制备的锂离子电池，其容量保持率、厚度增加率明显优于对比例。
当然，以上所述仅仅为本发明的实施例而已，并非来限制本发明范围，凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液，包括：有机溶剂、溶于有机溶剂的锂盐，其特征在于：
所述的电解液中加入有含硅添加剂，该含硅添加剂为：1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷，或者四乙烯硅与1,3-二甲基-1,1,3,3-四乙烯二硅氧烷的组合。
2.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液，其特征在于：所述的含硅添加剂在电解液中的重量百分比为：0.2%~5%。
3.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液，其特征在于：所述的电解液中还添加有以下材料中的任意一种或组合：碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯。
4.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液，其特征在于：所述的有机溶剂为：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸丁烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙烯酯中的任意一种或两种及两种以上任意比例的组合。
5.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液，其特征在于：所述的锂盐为：六氟磷酸锂，其在电解液中的浓度为0.8 ~ 1.5mo1/L。
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