CN114171793A - 一种锂离子电池电解液及锂离子电池 - Google Patents

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甘朝伦
陈明凯
戴建才
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电解液及锂离子电池。电解液包含有机溶剂、锂盐和添加剂，其中，有机溶剂包括氟代碳酸乙烯酯，锂盐包括浓度为1.3mol/L以上的LiPF6和LiNO3，还包括含硼锂盐或者氟代亚磷酸酯至少一种。本发明提供的锂离子电池充放电常温以及高温循环性能好。

Description

一种锂离子电池电解液及锂离子电池
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂电池电解液及锂离子电池。
背景技术
采用硅材料作为锂离子电池的负极，在电池充放电循环过程中，Li-Si合金的可逆生成与分解伴随着巨大的体积变化，会引起合金的粉化或裂缝，导致硅材料结构的崩塌和电极材料的剥落，而使电极材料失去电接触，造成硅负极锂离子电池的循环性能急剧下降。同时由于副反应的发生，在充放电过程中会产生大量的气体，容易导致电池内部胀气。
LiNO3可以在金属锂负极形成一层固体电解质界面膜，从而避免溶解在电解液中的多硫化锂与金属锂反应发生还原，LiNO3也可以抑制电池产气。但是LiNO3在碳酸酯中的溶解度并不好，且添加LiNO3的电解液对硅负极电池的循环性能改善并不是很好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高锂离子电池的常温和高温循环性能的电解液。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明一方面提供了一种锂离子电池电解液，包含有机溶剂、锂盐和添加剂；其中，所述有机溶剂包括氟代碳酸乙烯酯，所述的锂盐包括浓度为1.3mol/L以上的LiPF6和LiNO3；所述电解液还包括至少如下之一的成分：
A所述的锂盐还包括含硼锂盐；
B所述的添加剂包括氟代亚磷酸酯。
优选地，所述的氟代碳酸乙烯酯占所述电解液总质量的5～30％，进一步优选为10～20％。
优选地，所述LiPF6的浓度为1.3～3mol/L，进一步优选为1.5～2mol/L。
优选地，所述LiNO3的浓度为0.01～0.2mol/L，进一步优选为0.05～0.15mol/L。
优选地，所述含硼锂盐的浓度为0.1～0.5mol/L，进一步优选为0.1～0.3mol/L。
优选地，所述的氟代亚磷酸酯占所述电解液总质量的0.01～5％；进一步优选为0.1～2％。
优选地，所述含硼锂盐为LiDFOB、LiBOB、LiBF4中的一种或几种。
优选地，所述有机溶剂还包括环状碳酸酯、链状碳酸酯以及羧酸酯中的一种或多种。
优选地，所述电解液还包括溶解促进剂。
进一步优选地，所述的溶解促进剂为CuF2。
本发明另一方面还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、置于所述正极和所述负极之间的隔离膜、以及电解液；其中，所述电解液为上述任一种所述的电解液。
优选地，所述负极的活性材料为硅碳、或氧化亚硅以及人造石墨的复合负极材料。
本发明通过使用该电解液，可以很好的改善硅碳材料作为负极的锂离子电池的循环性能，以及气体的产生和胀气问题。
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：
本发明在硅负极锂电池电解液中，通过添加氟代碳酸乙烯酯、氟代亚磷酸酯、硝酸锂、高浓度锂盐以及含硼锂盐的协同，在硅负极表面形成的SEI膜致密以及韧性好，能够容忍硅负极在充放电过程中的体积膨胀，明显改善硅负极电池常温循环性能以及高温性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
电解液的配制：
将碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯以1:1:1的体积比混合均匀，电解液中的其他成分及用量参见表1以及表2。
电池的制备：
负极采用硅碳材料，正极采用4.2V的NCM523材料，将电解液、正极、负极按照常规工艺组装成锂电池。
将各实施例的电解液制得的锂电池在25℃下1.0C循环充放电500次以及在45℃下1.0C循环充放电300次后，测试其电池容量百分率，结果参见表1与表2，测试过程采用新威电化学测试柜。表中涉及到的物质有六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、硝酸锂(LiNO3)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFP)。
表1
Figure BDA0002675759270000021
Figure BDA0002675759270000031
通过对表1测试的结果分析，将实施例1和实施例2对比可知，LiNO3的加入能显著提高电池在25℃的电池容量百分率以及在45℃的电池容量百分率。将实施例2至6对比可知，电池在25℃的电池容量百分率以及在45℃的电池容量百分率随着LiNO3加入的量的增加而提高，而后随着LiNO3加入的量的进一步增加而下降。将实施例5和实施例11对比可知，TTFP的加入能够进一步提高电池在25℃的电池容量百分率以及在45℃的电池容量百分率。将实施例7至10对比可知，FEC加入的量不能过多也不能过少，存在最佳范围，且会对25℃及45℃的电池容量百分率均产生影响。
表2
Figure BDA0002675759270000032
Figure BDA0002675759270000041
通过对表2测试的结果分析，将实施例12至实施例16对比可知，LiPF6加入的量存在最佳范围。将实施例17至19对比可知，含硼锂盐LiBF4、LiBOB和LiODFB的加入均能显著提高电池在25℃以及在45℃的电池容量百分率，并且LiBOB的加入对电池容量的效果提升作用较佳。
综上可见，本发明提供的电解液配方对硅负极锂离子电池的常温和高温循环性能有显著提升。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的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内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电解液，包含有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于：所述有机溶剂包括氟代碳酸乙烯酯，所述的锂盐包括浓度为1.3mol/L以上的LiPF6和LiNO3；所述电解液还包括至少如下之一的成分：
A所述的锂盐还包括含硼锂盐；
B所述的添加剂包括氟代亚磷酸酯。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的氟代碳酸乙烯酯占所述电解液总质量的5～30％，所述LiPF6的浓度为1.3～3mol/L，所述LiNO3的浓度为0.01～0.2mol/L。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述的氟代碳酸乙烯酯占所述电解液总质量的10～20％，所述LiPF6的浓度为1.5～2mol/L，所述LiNO3的浓度为0.05～0.15mol/L。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述含硼锂盐为LiDFOB、LiBOB、LiBF4中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述含硼锂盐的浓度为0.1～0.5mol/L；所述的氟代亚磷酸酯占所述电解液总质量的0.01～5％。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述含硼锂盐的浓度为0.1～0.3mol/L；所述的氟代亚磷酸酯占所述电解液总质量的0.1～2％。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂还包括环状碳酸酯、链状碳酸酯以及羧酸酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解液还包括溶解促进剂。
9.一种锂离子电池，包括正极、负极、置于所述正极和所述负极之间的隔离膜、以及电解液，其特征在于：所述电解液为权利要求1～8中任一权利要求所述的电解液。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极的活性材料为硅碳、或氧化亚硅以及人造石墨的复合负极材料。
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